Synthesis of charged cyclodextrins for encapsulation of antibiotics
Authors: Άγκνες Μάρκο 
Published: September 2021

Η ανάπτυξη ανθεκτικότητας των παθογόνων μικροβίων έναντι γνωστών αντιβιοτικώναποτελεί ευρέως διαδεδομένη σοβαρή απειλή για την δημόσια υγεία σε παγκόσμιακλίμακα. Για την αντιμετώπιση του προβλήματος, εκτός από την δαπανηρή καιχρονοβόρα ανάπτυξη νέων αντιβιοτικών, η επανευαισθητοποίηση των μικροβίων έναντιτων υπαρχόντων φαρμάκων αποτελεί εξαιρετικά επιθυμητό στόχο. Η εφαρμογήκυκλοδεξτρινών έναντι του στόχου αυτού προτείνεται ως νανοτεχνολογική προσέγγισηπροστασίας αντιβιοτικών από την δράση εξειδικευμένων ενζύμων τα οποία προσδίδουνανθεκτικότητα στα μικρόβια. Οι κυκλοδεξτρίνες (CDs) αποτελούν οικογένεια κυκλικώνολιγομερών (εξαμερή, επταμερή, οκταμερή) της α-D-γλυκοπυρανόζης με σύνδεση α-1,4-(α-, β- και γ-CD, αντιστοίχως). Οι CDs είναι εγκεκριμένα έκδοχα λόγω την ιδιότητάςτους να αυξάνουν την διαλυτότητα και την σταθερότητα υδρόφοβων φαρμάκωνσχηματίζοντας υπερμοριακά σύμπλοκα ξενιστή : ξενιζομένου μορίου. Στην παρούσαδιατριβή επιχειρείται ο σχεδιασμός, η σύνθεση και ο λεπτομερής χαρακτηρισμόςεξειδικευμένων παραγώγων CDs και η μελέτη τους ως πρoς την ικανότητα ναεμποδίζουν την δράση των μηχανισμών ανθεκτικότητας συγκεκριμένων παθογόνωνμικροβίων. Η πρώτη προσέγγιση περιλαμβάνει την σύνθεση σειράς φορτισμένων CDsκαι την μελέτη τους με σειρά β-λακταμικών αντιβιοτικών ώστε να διερευνηθεί ηεπίδραση του μεγέθους, της ευκαμψίας και των τελικών φορτισμένων ομάδων των CDsστην δημιουργία συμπλόκων στο διάλυμα. Εκτενείς μελέτες με φασματοσκοπία NMRκαι θερμιδομετρία ITC ανέδειξαν την κυστεαμινο-υποκατεστημένη γ-CD (GCYS) ως τονικανότερο νανοφορέα για την οξακιλλίνη (ενθαλπικώς και εντροπικώς ευνοούμενοσύμπλοκο με Kb ≈ 1700 M-1 και ΔGb = -18.5 kJ mol-1, 37 °C). Το σύμπλοκο επιβραδύνει2.3 φορές την υδρόλυση της οξακιλλίνης από την ειδική β-λακταμάση oxa-1 ενώ εδείχθηκαι η ικανότητα της GCYS να διαπερνά την κυτταρική μεμβράνη και να συγκεντρώνεταιστο εσωτερικό μακροφάγων χωρίς να παρουσιάζει τοξικότητα in-vitro. Τα ανωτέρωμπορεί να έχουν ιδιαίτερες επιπτώσεις στην άμυνα έναντι μικροβίων, αν θεωρήσει κανείςπιθανή την ενδοκυτταρική μεταφορά GCYS/αντιβιοτικών και την συσσώρευσή τουςώστε να ενισχυθεί η ικανότητα μακροφάγων για καταστροφή των μικροβίων. Η επόμενηπροσέγγιση ανέδειξε, μέσω λεπτομερών μελετών με φασματοσκοπία NMR και UV-Vis,την ικανότητα της επτάκις(2,6-δι-Ο-μεθυλο)-βCD (DIMEB) να συμπλέκεται ισχυρά μετην ριφαμπικίνη, δραστικό αντιβιοτικό της κατηγορίας των ανσαμυκηνών,χρησιμοποιούμενο στην θεραπεία της φυματίωσης και άλλων λοιμώξεων. Η ενισχυμένηυδατοδιαλυτότητα και πολυήμερη σταθερότητα της ριφαμπικίνης ως συμπλόκου με τηνDIMEB σε ουδέτερο pH (κυρίως 1 : 1 σύμπλοκο, Kb ≈ 3000 M-1) αποδίδεται σεσχηματισμό συμπλόκου μέσω του πιπεραζινικού τμήματος του μορίου, αλλά και μέσωδύο ακόμα θέσεων σύνδεσης που συμμετέχουν ασθενώς. Σημαντική μείωση τηςυπερμοριακής σύνδεσης παρατηρείται σε pH 4 (Kb ≈ 400 M-1), προφανώς λόγω μερικήςπρωτονίωσης του πιπεραζινικού δακτυλίου. Τα ανωτέρω ευρήματα δείχνουν ότι ηDIMEB αποτελεί κατάλληλο νανοφορέα για βελτιωμένη βιοδιαθεσιμότητα τουαντιβιοτικού, με την επιπρόσθετη ιδιότητα της απελευθέρωσής του σε όξινο pH,επομένως δυνάμει εφαρμόσιμο σε σκεύασμα για από στόματος χορήγηση. Η τελευταίαπροσέγγιση, περιλαμβάνει την σύνθεση μέσω πολλαπλών σταδίων σειράς CDs μεκαρβοξυλικούς υποκαταστάτες. Η δομική ανάλυση, οι καταστάσεις πρωτονίωσης και ηικανότητα σχηματισμού συμπλόκων με μέταλλα και ξενιζόμενα μόρια μελετήθηκανδιεξοδικά με φασματοσκοπία NMR, θερμιδομετρία ITC, ποτενσιομετρία καιθεωρητικούς υπολογισμούς. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι ενώσεις είναι συνολικώςανιόντα με αμφιτεριοντικό χαρακτήρα σε φυσιολογικό pH τα οποία σχηματίζουνπολυμεταλλικά σύμπλοκα με κατιόντα μετάλλων. Επί πλέον, η κοιλότητα μερικών είναιανοικτή και επομένως διαθέσιμη για εγκλωβισμό μορίων, ενώ άλλων δεν είναιπροσβάσιμη λόγω μακροκυκλικής στρέβλωσης και αποκλεισμού των ανοιγμάτων