Atividade in vitro e in vivo de peptídeos antimicrobianos análogos incorporados à nanopartículas de PLGA contra Staphylococcus aureus

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Carmo, Bruno Amorim do
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOQUÍMICA E BIOLOGIA MOLECULAR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57422
Resumo: The emergence of multidrug-resistant microorganisms constitutes a serious global public health problem that limits therapeutic alternatives and underscores the urgent need for the discovery of new antimicrobial agents. The venom of the scorpion Tityus stigmurus is a rich source of biologically active components, including antimicrobial peptides with high therapeutic potential, such as Stigmurin. The structure of Stigmurin was used as a prototype for obtaining more potent molecules, with modifications made to its structure, resulting in 31 analogs (patent BR102015029044-6). In this study, nuclear magnetic resonance (NMR) was used to characterize, stability was investigated, and the in vitro and in vivo antibacterial action of two analog peptides, named StigA25 and StigA31, was evaluated. In addition to the notable antimicrobial activity previously described in another study, the peptides StigA25 and StigA31 exhibited concentration-dependent hemolytic activity compared to the prototype peptide. In order to reduce cytotoxicity, enhance stability, and maximize the therapeutic efficiency of these peptides, the effect of associating these bioactive components with poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) nanoparticles was investigated. StigA25 and StigA31 showed a predominant α-helical conformation by NMR, with high structural stability under different temperature and pH conditions, as well as in the presence of salts by circular dichroism. The association of these peptides with PLGA nanoparticles enabled the formation of a stable nanosystem with a high peptide incorporation index, antimicrobial activity equivalent to that of free peptides, and a significant reduction in toxicity. Scanning and transmission electron microscopy demonstrated that both free and nanoparticulated peptides act by disrupting the bacterial cell membrane. In both the mouse sepsis model and the S. aureus infection model in Galleria mellonella, both free and nanoparticulated peptides were effective in controlling the infectious process. Therefore, this study reveals the high therapeutic potential of StigA25 and StigA31 associated with a PLGA nanosystem, indicating the use of this nanocarrier as a promising tool for the therapeutic application of these molecules in the development of new anti-infective agents.
id UFRN_17ee6687ff0ecffdbee66b992e6af558
oai_identifier_str oai:repositorio.ufrn.br:123456789/57422
network_acronym_str UFRN
network_name_str Repositório Institucional da UFRN
repository_id_str
spelling Atividade in vitro e in vivo de peptídeos antimicrobianos análogos incorporados à nanopartículas de PLGA contra Staphylococcus aureusTityus stigmurusEscorpiãoPeptídeos análogosAgentes antimicrobianosNanotecnologiaSinergismoCNPQ::CIENCIAS BIOLOGICASThe emergence of multidrug-resistant microorganisms constitutes a serious global public health problem that limits therapeutic alternatives and underscores the urgent need for the discovery of new antimicrobial agents. The venom of the scorpion Tityus stigmurus is a rich source of biologically active components, including antimicrobial peptides with high therapeutic potential, such as Stigmurin. The structure of Stigmurin was used as a prototype for obtaining more potent molecules, with modifications made to its structure, resulting in 31 analogs (patent BR102015029044-6). In this study, nuclear magnetic resonance (NMR) was used to characterize, stability was investigated, and the in vitro and in vivo antibacterial action of two analog peptides, named StigA25 and StigA31, was evaluated. In addition to the notable antimicrobial activity previously described in another study, the peptides StigA25 and StigA31 exhibited concentration-dependent hemolytic activity compared to the prototype peptide. In order to reduce cytotoxicity, enhance stability, and maximize the therapeutic efficiency of these peptides, the effect of associating these bioactive components with poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) nanoparticles was investigated. StigA25 and StigA31 showed a predominant α-helical conformation by NMR, with high structural stability under different temperature and pH conditions, as well as in the presence of salts by circular dichroism. The association of these peptides with PLGA nanoparticles enabled the formation of a stable nanosystem with a high peptide incorporation index, antimicrobial activity equivalent to that of free peptides, and a significant reduction in toxicity. Scanning and transmission electron microscopy demonstrated that both free and nanoparticulated peptides act by disrupting the bacterial cell membrane. In both the mouse sepsis model and the S. aureus infection model in Galleria mellonella, both free and nanoparticulated peptides were effective in controlling the infectious process. Therefore, this study reveals the high therapeutic potential of StigA25 and StigA31 associated with a PLGA nanosystem, indicating the use of this nanocarrier as a promising tool for the therapeutic application of these molecules in the development of new anti-infective agents.O surgimento de microrganismos multirresistentes consiste em um grave problema de saúde pública mundial que limita as alternativas terapêuticas e revela a necessidade da busca urgente por novos agentes antimicrobianos. A peçonha do escorpião Tityus stigmurus é uma rica fonte de componentes biologicamente ativos, incluindo peptídeos antimicrobianos com elevado potencial terapêutico, como é o caso da Stigmurina. A estrutura da Stigmurina foi utilizada como protótipo para obtenção de moléculas mais potentes, sendo realizadas modificações na sua estrutura, gerando 31 análogos (patente BR102015029044-6). Neste estudo, foi caracterizado por ressonância magnética nuclear (RMN), investigada a estabilidade e avaliada a ação antibacteriana in vitro e in vivo de dois peptídeos análogos denominados de StigA25 e StigA31. Além da notável atividade antimicrobiana já descrita em estudo anterior, os peptídeos StigA25 e StigA31 apresentaram ação hemolítica dependente de concentração em relação ao peptídeo protótipo. A fim de reduzir a citotoxicidade, aumentar a estabilidade e potencializar a eficiência terapêutica desses peptídeos, foi investigado o efeito da associação desses componentes bioativos à nanopartículas de poli(ácido lático-co-ácido glicólico) (PLGA). StigA25 e StigA31 revelaram uma conformação predominante em α-hélice por RMN, com elevada estabilidade estrutural em diferentes condições de temperatura, pH e na presença de sais por dicroísmo circular. A associação destes peptídeos às nanopartículas de PLGA possibilitou um nanosistema estável com alto índice de incorporação dos peptídeos, atividade antimicrobiana equivalente aos dos peptídeos livres e relevante redução da toxicidade. A microscopia eletrônica de varredura e transmissão demonstrou que tanto os peptídeos livres quanto nanoparticulados atuam rompendo a membrana celular bacteriana. Tanto no modelo de sepse em camundongos, quanto em modelo de infecção por S. aureus em Galleria mellonella, os peptídeos livres e nanoparticulados foram eficazes em controlar o processo infeccioso. Portanto, este estudo revela o elevado potencial terapêutico do StigA25 e StigA31 associados a nanosistema de PLGA, indicando o uso deste nanocarreador como uma ferramenta promissora para a aplicação terapêutica destas moléculas no desenvolvimento de novos agentes anti-infecciosos.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOQUÍMICA E BIOLOGIA MOLECULARPedrosa, Matheus de Freitas Fernandeshttps://orcid.org/0000-0003-0417-8677http://lattes.cnpq.br/5109295884451757http://lattes.cnpq.br/2929963416385218Silva, Marcelo de Sousa dahttps://orcid.org/0000-0002-1000-0149http://lattes.cnpq.br/1295430560645312Silva Júnior, Arnóbio Antônio daCarvalho, Eneas deCastro, Mariana de SouzaCarmo, Bruno Amorim do2024-01-25T20:09:14Z2024-01-25T20:09:14Z2023-12-07info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfCARMO, Bruno Amorim do. Atividade in vitro e in vivo de peptídeos antimicrobianos análogos incorporados à nanopartículas de PLGA contra Staphylococcus aureus. Orientador: Dr. Matheus de Freitas Fernandes Pedrosa. 2023. 101f. Tese (Doutorado em Bioquímica e Biologia Molecular) - Centro de Biociências, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57422info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2024-01-25T20:09:58Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/57422Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2024-01-25T20:09:58Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
dc.title.none.fl_str_mv Atividade in vitro e in vivo de peptídeos antimicrobianos análogos incorporados à nanopartículas de PLGA contra Staphylococcus aureus
title Atividade in vitro e in vivo de peptídeos antimicrobianos análogos incorporados à nanopartículas de PLGA contra Staphylococcus aureus
spellingShingle Atividade in vitro e in vivo de peptídeos antimicrobianos análogos incorporados à nanopartículas de PLGA contra Staphylococcus aureus
Carmo, Bruno Amorim do
Tityus stigmurus
Escorpião
Peptídeos análogos
Agentes antimicrobianos
Nanotecnologia
Sinergismo
CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS
title_short Atividade in vitro e in vivo de peptídeos antimicrobianos análogos incorporados à nanopartículas de PLGA contra Staphylococcus aureus
title_full Atividade in vitro e in vivo de peptídeos antimicrobianos análogos incorporados à nanopartículas de PLGA contra Staphylococcus aureus
title_fullStr Atividade in vitro e in vivo de peptídeos antimicrobianos análogos incorporados à nanopartículas de PLGA contra Staphylococcus aureus
title_full_unstemmed Atividade in vitro e in vivo de peptídeos antimicrobianos análogos incorporados à nanopartículas de PLGA contra Staphylococcus aureus
title_sort Atividade in vitro e in vivo de peptídeos antimicrobianos análogos incorporados à nanopartículas de PLGA contra Staphylococcus aureus
author Carmo, Bruno Amorim do
author_facet Carmo, Bruno Amorim do
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Pedrosa, Matheus de Freitas Fernandes
https://orcid.org/0000-0003-0417-8677
http://lattes.cnpq.br/5109295884451757
http://lattes.cnpq.br/2929963416385218
Silva, Marcelo de Sousa da
https://orcid.org/0000-0002-1000-0149
http://lattes.cnpq.br/1295430560645312
Silva Júnior, Arnóbio Antônio da
Carvalho, Eneas de
Castro, Mariana de Souza
dc.contributor.author.fl_str_mv Carmo, Bruno Amorim do
dc.subject.por.fl_str_mv Tityus stigmurus
Escorpião
Peptídeos análogos
Agentes antimicrobianos
Nanotecnologia
Sinergismo
CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS
topic Tityus stigmurus
Escorpião
Peptídeos análogos
Agentes antimicrobianos
Nanotecnologia
Sinergismo
CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS
description The emergence of multidrug-resistant microorganisms constitutes a serious global public health problem that limits therapeutic alternatives and underscores the urgent need for the discovery of new antimicrobial agents. The venom of the scorpion Tityus stigmurus is a rich source of biologically active components, including antimicrobial peptides with high therapeutic potential, such as Stigmurin. The structure of Stigmurin was used as a prototype for obtaining more potent molecules, with modifications made to its structure, resulting in 31 analogs (patent BR102015029044-6). In this study, nuclear magnetic resonance (NMR) was used to characterize, stability was investigated, and the in vitro and in vivo antibacterial action of two analog peptides, named StigA25 and StigA31, was evaluated. In addition to the notable antimicrobial activity previously described in another study, the peptides StigA25 and StigA31 exhibited concentration-dependent hemolytic activity compared to the prototype peptide. In order to reduce cytotoxicity, enhance stability, and maximize the therapeutic efficiency of these peptides, the effect of associating these bioactive components with poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) nanoparticles was investigated. StigA25 and StigA31 showed a predominant α-helical conformation by NMR, with high structural stability under different temperature and pH conditions, as well as in the presence of salts by circular dichroism. The association of these peptides with PLGA nanoparticles enabled the formation of a stable nanosystem with a high peptide incorporation index, antimicrobial activity equivalent to that of free peptides, and a significant reduction in toxicity. Scanning and transmission electron microscopy demonstrated that both free and nanoparticulated peptides act by disrupting the bacterial cell membrane. In both the mouse sepsis model and the S. aureus infection model in Galleria mellonella, both free and nanoparticulated peptides were effective in controlling the infectious process. Therefore, this study reveals the high therapeutic potential of StigA25 and StigA31 associated with a PLGA nanosystem, indicating the use of this nanocarrier as a promising tool for the therapeutic application of these molecules in the development of new anti-infective agents.
publishDate 2023
dc.date.none.fl_str_mv 2023-12-07
2024-01-25T20:09:14Z
2024-01-25T20:09:14Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv CARMO, Bruno Amorim do. Atividade in vitro e in vivo de peptídeos antimicrobianos análogos incorporados à nanopartículas de PLGA contra Staphylococcus aureus. Orientador: Dr. Matheus de Freitas Fernandes Pedrosa. 2023. 101f. Tese (Doutorado em Bioquímica e Biologia Molecular) - Centro de Biociências, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.
https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57422
identifier_str_mv CARMO, Bruno Amorim do. Atividade in vitro e in vivo de peptídeos antimicrobianos análogos incorporados à nanopartículas de PLGA contra Staphylococcus aureus. Orientador: Dr. Matheus de Freitas Fernandes Pedrosa. 2023. 101f. Tese (Doutorado em Bioquímica e Biologia Molecular) - Centro de Biociências, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.
url https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57422
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOQUÍMICA E BIOLOGIA MOLECULAR
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOQUÍMICA E BIOLOGIA MOLECULAR
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFRN
instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron:UFRN
instname_str Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron_str UFRN
institution UFRN
reponame_str Repositório Institucional da UFRN
collection Repositório Institucional da UFRN
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
repository.mail.fl_str_mv repositorio@bczm.ufrn.br
_version_ 1855758836963475456