Nanoencapsulación de los péptidos antimicrobianos PNR-16 y 35409-1 para mejorar su potencial terapéutico frente Klebsiella pneumoniae

La emergencia de bacterias patógenas multi resistentes y su rápida adaptación a la acción de nuevos agentes antibacterianos es uno de los mayores retos para la investigación básica y clínica a nivel mundial [1-3]. La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha enfatizado en la necesidad de adoptar estrategias para contrarrestar esta problemática, planteando como punto crítico la investigación y desarrollo de nuevos agentes contra las especies bacterianas Gram-negativas, cuya aparición de resistencia se encuentra en auge [4, 5]. Guiados por este problema de nivel mundial, los objetivos y las metas de la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible del Ministerio de Salud y Protección Social de Colombia, la Organización Panamericana de la Salud y la Asociación Mundial de Investigación y Desarrollo de Antibióticos promueven a través de sus planes, la contención de la resistencia microbiana y la promoción para el desarrollo de nuevos agentes antimicrobianos en el marco de las actividades I+D Debido a su estructura distintiva, las bacterias Gram-negativas son más resistentes que las bacterias Gram-positivas y causan una morbilidad y mortalidad significativas en todo el mundo [6]. La propagación cada vez mayor de infecciones graves debidas a bacterias Gram-negativas multirresistentes es una amenaza crítica para la población mundial. En la práctica clínica, la continua disminución de la eficacia de las opciones antibióticas existentes debido a la capacidad de las bacterias para desarrollar y diseminar mecanismos de resistencia es alarmante [6]. A nivel nacional, la aparición de infecciones causadas por bacterias Gram-negativas (MDR) con resistencia a carbapenémicos sigue en aumento [7]. Según la OMS, Klebsiella pneumoniae resistente a carbapenémicos (KpRC) actualmente puntea la lista de prioridad crítica para la investigación y desarrollo de nuevos antimicrobianos, lo que significa que este patógeno representa una alta carga de enfermedad (mortalidad y morbilidad) con limitadas opciones de tratamiento y con ningún candidato prometedor en desarrollo [8]. En su forma clásica, K. pneumoniae es una bacteria con alta tendencia a adquirir plásmidos de resistencia antibiótica que suele infectar a pacientes hospitalizados inmunocomprometidos o con comorbilidades, por lo que se considera un patógeno oportunista responsable de infecciones asociadas a la atención en salud (IAAS). También existe una forma hipervirulenta de K. pneumoniae, la cual puede infectar a individuos sanos en la comunidad y tiene una alta transmisibilidad, pero que puede controlarse rápidamente con antibióticos. Sin embargo, uno de los eventos más preocupantes con K. pneumoniae es su evolución hacia bacterias resistentes a carbapenémicos e hipervirulentas por la fusión de plásmidos de hipervirulencia con los de resistencia a carbapenémicos, ya que actualmente este tipo de infecciones son intratables [9]. Esto ha obligado a la comunidad médica, científica e incluso política a trabajar en entender mejor la resistencia antibacteriana y en la optimización de los procesos de desarrollo y uso controlado de nuevos antimicrobianos, dando apertura a la exploración de nuevos agentes terapéuticos no convencionales, nuevos sistemas de administración y uso combinado de antimicrobianos [10]. En este contexto, los péptidos antimicrobianos (PAMs) y las nanopartículas representan fuentes prometedoras para el desarrollo de nuevas terapias antimicrobianas debido a sus mecanismos de acción membranolítica y su bajo potencial para generar resistencia [11, 12]. Los PAMs han surgido como una interesante opción terapéutica para combatir infecciones y diversos péptidos naturales y sintéticos han mostrado actividad contra bacterias Gram-negativas de interés clínico [13, 14]. Aunque el potencial terapéutico de muchos PAMs se evalúa constantemente y varios de ellos han llegado a fase de estudios preclínicos y clínicos, al final del proceso, una cantidad importante de éstos candidatos termina siendo descartada luego de una gran inversión en tiempo y dinero [15]. Se ha planteado que esto, se debe a que muchos candidatos son trasladados demasiado rápido a estas fases de estudio, sin haber sido optimizados. Por esto, en los últimos años se ha enfatizado en la necesidad de hacer un proceso de selección inicial más riguroso en el laboratorio que permita el descarte temprano de moléculas que no alcanzan las expectativas de un candidato potencial [16]. Teniendo en cuenta estos antecedentes, es necesario evaluar, no solo las capacidades antimicrobianas del péptido, sino su toxicidad, estabilidad, forma de entrega, potencial de generación de resistencia, entre otros, que aseguren la selección y optimización temprana de candidatos promisorios para perfilarse dentro de la industria terapéutica. A partir de estas necesidades, Barreto-Santamaría A y Arevalo-Pinzon G y cols han estudiado dos moléculas peptídicas denominadas 35409-1 [17, 18] y 41781 (manuscrito en preparación), con actividad selectiva (baja hemólisis y citotoxicidad) frente a cepas ATCC y aislados clínicos de Escherichia coli, K. pneumoniae y Acinetobacter baumanni con concentraciones mínimas inhibitorias entre 25µM y 6,5µM. El péptido 35409-1, es un análogo de 17 residuos derivado del péptido 35409 [17], el cual presentó actividad sobre aislados bacterianos de E. coli multirresistentes y cepas ATCC 35218 y 43827 con una CMI y concentración mínima bactericida-CMB de 25µM. Los ensayos de liberación de ONPG y los estudios de microscopia electrónica mostraron una actividad membranolítica por parte del péptido. Por otro lado, los ensayos de inducción de resistencia, mostraron un bajo potencial del péptido para inducir resistencia bacteriana [18]. Por su parte, el péptido 41781 (PNR-16), fue obtenido a partir de un péptido denominado PNR-20, diseñado a nivel computacional (manuscrito en preparación). Luego de varios experimentos, se encontró que el péptido PNR-16, además de mostrar selectividad por bacterias Gram-negativas como K. pneumoniae con MICs que oscilaron entre 6,25 a 25 µM, es capaz de inhibir la formación de biopelículas en P. aeruginosa, presenta actividad sobre dos blancos de acción en la bacteria (membrana y ADN bacteriano) y una disminuida capacidad de generación de resistencia comparada a antibióticos convencionales (manuscrito en preparación). Pese a las propiedades terapéuticas importantes que destacan a estos dos PAMs, ensayos en presencia de suero humano muestran una disminución considerable en la actividad antimicrobiana [17, 18]. El uso de las nanopartículas de distintas composiciones ha mostrado su eficacia contra una amplia gama de infecciones y enfermedades [19-21]. La conjugación, nanoencapsulación o funcionalización de nanopartículas con PAMs potencialmente activos tienen ventajas añadidas que amplían sus aplicaciones en el campo del descubrimiento de fármacos, así como en el sistema de administración, entrega y biodisponibilidad [22]. Teniendo en cuenta estas ventajas y la urgente necesidad de diseñar nuevas moléculas con actividad antimicrobiana, alta selectividad, biodisponibilidad y una adecuada cinética bactericida, el presente proyecto está enfocado a la producción, caracterización y evaluación funcional de nanoestructuras poliméricas que contengan los PAMs PNR16 y 35409-1. Por lo tanto, la pregunta de investigación de este proyecto es: ¿Cuál es el efecto de la nanoencapsulación de los péptidos antimicrobianos PNR-16 y 35409-1 sobre su índice terapéutico y estabilidad química para combatir a K. pneumoniae? Hipótesis: La nanoencapsulación de los PAMs PNR-16 o 35409-1 inducirá un mayor índice terapéutico y estabilidad química de los péptidos comparados con péptidos no encapsulados.