Mechanistic studies on the enzymatic conjugation of polyesters with bioactive compounds

Abstract

Infecções por bactérias multirresistentes são cada vez mais prováveis e são frequentemente um risco de vida. Uma das potenciais soluções para combater o aparecimento de é a introdução de péptidos antimicrobianos como antibióticos. Contudo, estes compostos têm limitações, como tempo de semi-vida demasiado curto ou efeitos secundários demasiado perigosos. Uma das soluções para os tornar mais eficazes é a sua modificação com polímeros, para alterar a sua farmacocinética e farmacodinâmica.Este trabalho teve por objectivo avaliar a eficácia da conjugação dos péptidos antimicrobianos polimixina B e polifemusina I com o polímero policaprolactona como potencial modificação para melhorar os seus efeitos. A polimixina B é um antibiótico de última linha e a polifemusina I mesmo não tendo uso medico, demonstrou em laboratório ser eficaz contra uma vasta gama de microrganismosProcurou-se verificar que 1) não há impacto no mecanismo de acção, nomeadamente a interacção entre membranas e os conjugados e 2) verificar que as micelas se mantém estáveis em água. Foram realizadas simulações de dinâmica molecular clássica com o campo de forças AMBER e analisada a estrutura e dinâmica dos compostos em água.Neste trabalho, apesar de dificuldades em estabelecer os sistemas para simular, conseguimos com sucesso criar uma micela estável com PCL e polimixina B e criar uma membrana modelo para testar a membrana. Também explicamos os métodos e algum código python que foram utilizados para estabelecer os modelos.

Infections by multi-resistant bacteria are rising in frequency and are often life-threatening. One of the proposed solutions is the introduction of antimicrobial peptides as antibiotics. However, these compounds suffer from a short half-life and can display cytotoxic effects, particularly severe haemolytic activity. Polymeric modification of antimicrobial peptides is a strategy that can be used to increase in their effectiveness and therapeutic spectrum, by altering their pharmacokinetics and pharmacodynamics properties.In this work we evaluated the conjugation effectiveness with polycaprolactone as a modification to improve the AMPs, specifically polymyxin B and polyphemusin I. Polymyxin B is one an antibiotic of last resort and polyphemusin I, - while not in medical use has been shown to be effective against a broad spectrum of microorganisms.We intended to 1) verify the mechanism of action, particularly in the interaction between the cell membranes and the conjugates, is not negatively impacted and 2) check if the micelles remain stable in water. We have performed classical Molecular Dynamics simulations with AMBER force field and analysed their structure and dynamics in water.In this work, despite time consuming difficulties establishing the systems to simulate, we succeeded in creating a stable micelle with PCL and polymyxin B and prepared a membrane model to test the micelle. We also explained the metodos and some of the python code that were utilized to establish the models.