Immunomodulation of periodontal disease through a repurposed tetracycline released from antimicrobial bimetallic-oxide nanoparticles

• Type: Thesis
• Date: 2024-04-04

Authors

Victor Zacharias Martin (Author) FMDUP

Thesis

Immunomodulation of periodontal disease through a repurposed tetracycline released from antimicrobial bimetallic-oxide nanoparticles

Doctorate

Thesis

Scientific classification

FOS: Medical and Health sciences > Health sciences

Associated Institutions

FMDUP - Faculdade de Medicina Dentária da Universidade do Porto

Other information

Resumo (PT): A periodontite é uma doença imuno-inflamatória multifatorial causada pela presença de biofilmes disbióticos, dominados pelo crescimento excessivo de bactérias do complexo vermelho. A carga inflamatória adicional resultante da progressão da periodontite está associada a doenças sistémicas que podem comprometer a qualidade de vida dos pacientes afetados, contribuindo, eventualmente, para uma mortalidade prematura. A administração sistémica de antibióticos pode ser usada como uma terapia adjuvante da remoção mecânica de cálculos e do biofilme. No entanto, devido à sua eficácia questionável, os efeitos adversos existentes, e o risco de desenvolvimento de resistência bacteriana, há uma crescente tendência de substituir esta abordagem por uma alternativa, baseada em estratégias de administração local. Além da atividade bactericida desejável, as estratégias de libertação local, para esta aplicação, devem incluir propriedades imunomoduladoras e terem a capacidade de eliminar bactérias intracelulares, visando evitar a destruição do tecido periodontal e recidivas. Portanto, para abordar adequadamente a periodontite, torna-se essencial o desenvolvimento de um periocêutico à escala nanométrica, biocompatível, estável em condições fisiológicas e de inflamação, e com capacidade de libertar antibióticos por períodos prolongados, além de apresentar efeitos antioxidantes e anti-inflamatórios. O presente estudo teve como objetivo o desenvolvimento e a caracterização de um periocêutico, desenhado para ser aplicado localmente, que pudesse cumprir todos os requisitos mencionados. Para atingir este objetivo, as tetraciclinas (TCs) - uma classe de antibióticos que possui efeitos pleiotrópicos, incluindo atividade antioxidante e anti-inflamatória - foram selecionadas como agentes bioativos. Nesse contexto, foi realizada uma revisão da literatura, focada na análise de micropartículas e nanopartículas contendo TCs. Inspirados pelo conhecimento adquirido na revisão, foi projetado o desenvolvimento de um veículo inorgânico - nanopartículas compostas por camadas de hidróxido de zinco-magnésio (Zn-Mg LH NPs) - devido à sua potencial biocompatibilidade, bioatividade, estabilidade e elevada capacidade de ser carregado com fármacos. Primeiramente foram produzidas nanopartículas (Zn-Mg LH NPs) utilizando água destilada ou extrato de roseira brava (RH). As NPs foram sintetizadas por um método rápido e escalonável, livre de solventes orgânicos, mantendo uma baixa temperatura, permitindo a incorporação de fármacos e fitoquímicos durante sua síntese. A VI caracterização físico-química mostrou que as NPs desenvolvidas são compostas por folhas ultrafinas de hidróxido de zinco, contendo aniões e água entre as suas camadas. Os compostos polifenólicos provenientes do extrato de RH foram identificados e quantificados nas NPs. As Zn-Mg LH NPs mostraram-se citocompatíveis e apresentaram elevada atividade antioxidante e anti-inflamatória, A presença de extratos de RH na composição potenciou estes efeitos, posicionando as Zn-Mg LH NPs como uma alternativa terapêutica promissora para distúrbios inflamatórios não infeciosos. Concomitantemente, quatro TCs foram avaliadas, incluindo uma molécula da última geração (sareciclina), quanto à citocompatibilidade e potencial osteogénico, em culturas de células estaminais mesenquimais humanas. Pela primeira vez, o potencial osteogénico da sareciclina foi avaliado e validado. Embora todas as TCs testadas tenham induzido o processo de diferenciação osteogénica, a tetraciclina e a doxiciclina exerceram os seus efeitos através do aumento da sinalização Wnt, enquanto a minociclina e a sareciclina parecem atuar através da modulação da via sinalização Hedgehog. A doxiciclina (DX) foi selecionada para ser incorporada nas NPs desenvolvidas, devido à sua solubilidade, atividade contra bactérias gram-negativas e perfil de biossegurança. Por fim, avaliou-se a capacidade das Zn-Mg LH NPs atuarem como veículos transportadores do fármaco para o tratamento da periodontite. A DX foi incorporada nas NPs durante a etapa de síntese, permitindo assim, a produção num único passo de NPs com fármaco incorporado. As DX Zn-Mg LH NPs apresentaram citocompatibilidade e mantiveram a bioatividade do veículo, como evidenciado pelos efeitos antioxidantes e anti-inflamatórios. Aproximadamente 80% da DX carregada foi libertada das NPs durante 14 dias. Adicionalmente, as NPs carregadas apresentaram uma atividade antibacteriana efetiva contra bactérias gram-positivas e gram-negativas. Adicionalmente, observou-se um potencial efeito sinérgico antibacteriano entre a DX e NPs. As imagens de microscopia eletrónica de transmissão indicaram que as Zn-Mg LH NPs possivelmente foram internalizadas por fibroblastos via macropinocitose, o que poderá ser de utilidade terapêutica na eliminação de bactérias internalizadas, responsáveis pela recorrência da doença. Em suma, as Zn-Mg LH NPs contendo DX ou extratos de RH foram desenvolvidas com sucesso e mostraram potencial para serem utilizadas como tratamento adjuvante para periodontite e outros distúrbios inflamatórios.

Language: English