New therapy approach against E. coli ST131 infection: Nanoparticle based targeted antimicrobial agents

Escherichia coli (E.coli) ST131 çok ilaca dirençli ve yüksek riskli bir klon olup antibiyotik tedavisine yanıtı kısıtlıdır. E.coli ST131 enfeksiyonlarının tedavisinde antibiyotiklerin etkisiz olması nedeniyle yeni tedavi yaklaşımlarına ihtiyaç vardır. Bu çalışmada amacımız, E.coli ST131 klonunu hedefleyen SPION (Süper Paramanyetik Demir Oksit Nanoparçacık) destekli bir antimikrobiyal ilaç taşıma sistemi tasarlanmasıdır. SPION destekli kargo sisteminin aktivitesi kinolon dirençli üropatojenik E.coli ST131 izolatı üzerinde incelenmiştir. Polimer ve Nanoparçacık Araştırma Laboratuvarında sentezlenen Poliakrilik asit (PAA) kaplamalı SPION parçacıklar, FeCl2 ve FeCl3 tuzlarının oksijeni uzaklaştırılmış suda çözülerek sentezlenmiş ve karakterizasyonu yapılmıştır. Parçacık boyu 33.2 nm olarak ayarlanmıştır. Karakterizasyon esnasında parçacığın kristal büyüklüğü, yüzey yük dağılımı ve kararlılığı ölçülmüştür. Daha sonra SPION'ların E.coli ST131 FimH adhesin molekülünü hedeflemesi için, parçacıklar mannozid analoğu olan 4-aminofenil α-D-mannopiranozid ile bağlanmıştır. Hedefe yönelik ilaç salınımı modelininin tasarımı için SPION parçacığa mannozid konjugasyonunun ardından siprofloksasin eklenmiştir. Sentezlenen parçacıkların E.coli ST131 hücre duvarına spesifik bağlanmaları ve antibakteriyel etkinlikleri, planktonik hücreler ve biyofilm üzerindeki üremeyi inhibe edici etkileri, konfokal mikroskobisi ve elektron mikroskobu (SEM) ile morfolojileri çalışılarak araştırılmıştır. Sonraki aşamada SPION inkübasyonuna ek olarak planktonik hücreler ve biyofilmlere 1150 mW güç ile on dakika boyunca fototermal terapi (FTT) uygulanmıştır. SPION parçacıklar 25 μg/ml konsantrasyonda (tek veya mannozid ile konjuge) E.coli ST131 planktonik ve biyofilm hücrelerinde üremeyi inhibe etmemiştir. SPION ve SPION-Mannozid için ortalama koloni sayıları planktonik hücrelerde sırasıyla 2.26x1012 ve 9.89x1011 KOB/ml olarak bulunmuş, kontrol kültüründe 1.22x1012 KOB/ml üreme olmuştur. Biyofilmde ise 25 μg/ml mannozidle konjuge SPION ile ortalama 1.55x1010 KOB/ml üreme olmuş, tek başına SPION ve kontrol kültürlerinde sırasıyla 2.04x1010 KOB/ml ve 7.76x109 KOB/ml üreme saptanmıştır. Konfokal mikroskop analizinde mannozid konjuge parçacıklar tek başına SPION parçacığa kıyasla E.coli ST131 bakteri yüzeyiyle daha spesifik ve daha kuvvetli bir etkileşim göstermiştir. Biyofilmde ise parçacıklar biyofilm yüzeyinde dağınık olarak izlenmiş ve parçacıkların biyofilm matriksine penetrasyonu bulunmamıştır. Mannozidle konjuge SPION parçacığa siprofloksasin eklenmesi ile planktonik ve sesil hücrelerin üremesinde anlamlı bir inhibisyon bulunmamıştır (ortalama KOB/ml değerlerinde 2-log ve üzeri azalma). Planktonik hücrelerde ortalama koloni sayısı siprofloksasin eklenmiş SPION-Mannozid parçacıkta ve kontrol kültüründe sırasıyla 1.70x1010 ve 4.32x1012 KOB/ml olarak bulunmuştur. Biyofilmde siprofloksasin ekli parçacık ile inkübasyon sonrası ortalama koloni sayısı 1.66x1010 KOB/ml iken kontrol kültüründe bu değer 3.24x1010 KOB/ml olarak saptanmıştır. FTT uygulaması kargo sisteminin etkinliği üzerinde bir etki göstermemiş ve lazer ışını maruziyeti bakteri üremesinde inhibisyona neden olmamıştır. SPION destekli hedefe yönelik tedavi, E.coli ST131 klonuna bağlı enfeksiyonların tedavisi için özgün ve umut vaat eden bir yöntemdir. Bu çalışma kapsamında ileriye yönelik hedeflerimiz, mannozid konjuge SPION kargo sistemine kinolon türevi moleküllerin ve efluks pompa inhibitörlerinin entegre edilmesi olarak belirlenmiştir.