Nueva plataforma fotodinámica antimicrobiana

La resistencia bacteriana a los antibióticos es una de las amenazas más urgentes para la salud pública mundial, derivado del abuso que se ha hecho de estos fármacos y a la falta de descubrimiento de nuevas clases de antibióticos. Es una pandemia silenciosa que, en el 2019, provocó una tasa de mortalidad de casi 5 millones de muertes, y que en el futuro irá a la alza sin emprender acciones ni innovación.

La terapia fotodinámica (PDT) es una técnica prometedora basada en el uso de fotosensibilizadores – moléculas que pueden ser excitadas por la luz visible – y que pueden generar especies reactivas de oxígeno, tóxicas para la ‘célula objetivo’.

El grupo de investigación AppLightChem de IQS School of Engineering está integrado por especialistas en fotoquímica biológica, y concretamente en terapias fotodinámicas antimicrobianas, de las cuales son un referente. Dentro de este grupo, el Dr. Andrea Mussini realizó su tesis doctoral  bajo el título “Sistemas de liberación dirigidos basados en proteínas para la inactivación fotodinámica antimicrobiana”. La tesis ha sido codirigida, en modalidad de cotutela, por el profesor Dr. Santi Nonell de IQS y el profesor Dr. Cristiano Viappiani de la Università di Parma y fue defendida en esta última universidad. El Dr. Mussini recibió la titulación como doctor en Química por IQS-Universidad Ramon Llull y como doctor en Ciencias Físicas por la Università di Parma, siendo esta la segunda vez que un doctorando del centro universitario IQS- URL recibe la doble titulación doctoral.

El objetivo de la tesis del Dr. Mussini era desarrollar nuevos complejos supramoleculares para terapia fotodinámica antimicrobianan dirigida contra bacterias – aPDT, en particular contra la bacetria S.aureus, una de los más preocupantes y clasificada por la OMS como bacteria de alta prioridad.

Una plataforma de terapia aPDT basada en proteínas

En su investigación, el Dr. Mussini desarrolló una aproximación modular que permite dirigir el agente fotosensibilizante (PS) hacia las bacterias diana. Se trata de complejos supramoleculares formados por tres componentes: el agente PS, el sistema de unión (formado por una proteína y una vitamina – biotina) y el sistema de orientación, que es quien permite que la unidad fotoactiva sea transportada hacia las ‘células objetivo’.

El enfoque seguido en esta investigación ha sido muy flexible, dado que los PS se pueden modificar con grupos químicos apropiados, que sean reactivos con las cadenas laterales de los aminoácidos y les permitan unirse a las correspondientes proteínas, en este caso, la estreptavidina. Según sea la molécula o célula donde van dirigidas, se puede escoger la proteína de direccionamiento adecuada, que se puede funcionalizar con la biotina. Uniendo ambas partes, se consigue formar el complejo supramolecular deseado.

El Dr. Mussini construyó y caracterizó dos complejos diferentes: uno que tiene la eosina como PS y el anticuerpo immunoglobulina G (IgG) como sistema de orientación, y el segundo que explota el azul de metileno como PS y la proteína concanavalina A (ConA) como sistema de orientación.

En IQS, se llevó a cabo toda la caracterización fotoquímica de los complejos obtenidos, así como todos los estudios de actividad biológica, en el Laboratorio de Microbiología. Por otro lado, la síntesis de los conjugados y todos los estudios de asociación en la pared de la bacteria, mediante diversas técnicas microscópicas, se llevaron a cabo en la Universidad de Parma.

Esta tesis abre las puertas de nuevas terapias fotodinámicas para la eliminación de sistemas bacterianos de manera eficaz y selectiva.

Publicación relacionada

Andrea Mussini, Eleanora Uriati, Cormac Hally, Santi Nonell, Paolo Bianchini, Alberto Diaspro, Stefano Pongolini, Pietro Delcanale, Stefania Abbruzzeti and Cristiano Viappiani, Versatile Supramolecular Complex for Targeted Antimicrobial Photodynamic Inactivation, Bioconjugate Chem. 2022, 33, 4, 666–676

Esta tesis se ha realizado en el marco del proyecto Light4Lungs, financiado por la Comisión Europea.