Nova plataforma fotodinàmica antimicrobiana

La resistència bacteriana als antibiòtics és una de les amenaces més urgents per a la salut pública mundial, derivat de l’abús que s’ha fet d’aquests fàrmacs i a la manca de descobriment de noves classes d’antibiòtics. És una pandèmia silenciosa que el 2019 va provocar una taxa de mortalitat de gairebé 5 milions de morts, i que en el futur anirà a l’alça sense emprendre accions ni innovació.

La teràpia fotodinàmica (PDT) és una tècnica prometedora que es basa en l’ús de fotosensibilitzadors – molècules que poden ser excitades per la llum visible – i que poden generar espècies reactives d’oxigen tòxiques per a la ‘cèl·lula objectiu’.

El grup de recerca AppLightChem d’ IQS School of Engineering està integrat per especialistes en fotoquímica biològica, i concretament en teràpies fotodinàmiques antimicrobianes, de les quals en són un referent. Dins d’aquest grup, el Dr. Andrea Mussini va realitzar la seva tesi doctoral sota el títol “Sistemes de lliurament dirigits basats en proteïnes per a la inactivació fotodinàmica antimicrobiana”. La tesi ha estat codirigida, en modalitat de cotutela, pel professor Dr. Santi Nonell d’IQS i el professor Dr. Cristiano Viappiani de la Università di Parma i va ser defensada en aquesta darrera universitat. El Dr. Mussini va rebre la titulació com a doctor en Química per IQS-Universitat Ramon Llull i com a doctor en Ciències Físiques per la Università di Parma, sent aquesta la segona vegada que un doctorand del centre universitari IQS-URL rep la doble titulació doctoral.

L’objectiu de la tesi del Dr. Mussini era desenvolupar nous complexos supramoleculars per a la teràpia fotodinàmica antimicrobiana dirigida contra bacteris – aPDT, en particular contra el bacteri S. aureus, un dels més preocupants i classificat per l’OMS com a bacteri d’alta prioritat.

Una plataforma de teràpia aPDT basada en proteïnes

En la seva recerca, el Dr. Mussini va desenvolupar una aproximació modular que permet dirigir l’agent fotosensibilitzant (PS) cap als bacteris diana. Es tracta de complexos supramoleculars formats per tres components: l’agent PS, el sistema d’unió (format per una proteïna i una vitamina – biotina) i el sistema d’orientació, que és qui permet que la unitat fotoactiva sigui transportada cap a les ‘cèl·lules objectiu’.

L’enfocament seguit en aquesta recerca ha estat molt flexible, donat que els PS es poden modificar amb grups químics apropiats que siguin reactius amb les cadenes laterals dels aminoàcids i els permetin unir-se a les corresponents proteïnes, en aquest cas, l’estreptavidina. Segons sigui la molècula o la cèl·lula on van adreçats, es pot triar la proteïna d’adreçament adequada, que es pot funcionalitzar amb la biotina.  Unint totes dues parts, s’aconsegueix formar el complex supramolecular desitjat.

El Dr. Mussini va construir i caracteritzar dos complexos diferents: un que té l’eosina com a PS i l’anticòs immunoglobulina G (IgG) com a sistema d’orientació i un altre que explota el blau de metilè com a PS i la proteïna concanavalina A (ConA) com a sistema d’orientació.

A IQS, es va dur a terme tota la caracterització fotoquímica dels complexos obtinguts, així com tots els estudis d’activitat biològica, al Laboratori de Microbiologia. Per altra banda, la síntesi dels conjugats i tots els estudis d’associació en la paret del bacteri, mitjançant diverses tècniques de microscòpia, es van dur a terme a la Universitat de Parma.

Aquesta tesi obre les portes de noves teràpies fotodinàmiques per a l’eliminació dels sistemes bacterians de manera eficaç i selectiva.

Publicació 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

Aquesta tesi ha estat realitzada en el marc del projecte Light4Lungs, finançat per la Comissió Europea.