Carolina Muñoz Camargo

Uno de los principales desafíos en la farmacología moderna es asegurar que los principios farmacológicos desarrollados recientemente puedan penetrar las células con una eficacia suficientemente alta, de modo que su biodisponibilidad se incremente considerablemente. Esto es importante para abordar la concentración mínima efectiva con solo unas pocas ingestas por día. A pesar de los esfuerzos recientes en el desarrollo de excipientes para aumentar la penetración celular de compuestos activos, aún se requieren nuevas estrategias para aquellos con poca actividad de membrana. Una vía para superar este problema es el uso de péptidos que penetran las células como portadores potentes de administración de fármacos. Además, algunos de estos péptidos exhiben actividad antimicrobiana, lo cual es muy atractivo para el desarrollo de nuevas terapias para situaciones en las que los microorganismos resistentes a los antibióticos representan una amenaza importante. Aquí, proponemos una estrategia para buscar péptidos potentes de penetración celular y antimicrobianos, basado en la técnica recombinante de visualización en superficie de la levadura y en una plataforma de microfluídica de alto rendimiento. Los péptidos obtenidos serán subsecuentemente inmovilizados en el material nanoestructurado magnetita y evaluados por penetración celular en varias líneas celulares. Adicionalmente, se prepararán tratamientos tópicos empleando como base hidrogeles sobre los que se mezclarán los péptidos tanto libres como inmovilizados. En ambos casos se estudiará la respuesta biológica a través de ensayos de citotoxicidad, hemólisis, agregación plaquetaria y actividad antibacteriana.

Uno de los principales desafíos en la farmacología moderna es asegurar que los principios farmacológicos desarrollados recientemente puedan penetrar las células con una eficacia suficientemente alta, de modo que su biodisponibilidad se incremente considerablemente. Esto es importante para abordar la concentración mínima efectiva con solo unas pocas ingestas por día. A pesar de los esfuerzos recientes en el desarrollo de excipientes para aumentar la penetración celular de compuestos activos, aún se requieren nuevas estrategias para aquellos con poca actividad de membrana. Una vía para superar este problema es el uso de péptidos que penetran las células como portadores potentes de administración de fármacos. Además, algunos de estos péptidos exhiben actividad antimicrobiana, lo cual es muy atractivo para el desarrollo de nuevas terapias para situaciones en las que los microorganismos resistentes a los antibióticos representan una amenaza importante. Aquí, proponemos una estrategia para buscar péptidos potentes de penetración celular y antimicrobianos, basado en la técnica recombinante de visualización en superficie de la levadura y en una plataforma de microfluídica de alto rendimiento. Los péptidos obtenidos serán subsecuentemente inmovilizados en el material nanoestructurado magnetita y evaluados por penetración celular en varias líneas celulares. Adicionalmente, se prepararán tratamientos tópicos empleando como base hidrogeles sobre los que se mezclarán los péptidos tanto libres como inmovilizados. En ambos casos se estudiará la respuesta biológica a través de ensayos de citotoxicidad, hemólisis, agregación plaquetaria y actividad antibacteriana.

El desarrollo de infecciones producidas por bacterias multi-resistentes a medicamentos es considerado actualmente una de las mayores amenazas para la salud mundial. Según el más reciente informe publicado por la Organización Mundial de la Salud (OMS), actualmente en el mundo un total de 700.000 personas mueren al año producto de estas infecciones y se estima que para el año 2.050 este número ascienda a un total de 10 millones de muertes. Este creciente número de casos reportados en los últimos años ha afectado significativamente la economía de los sistemas de salud que han destinado grandes recursos al tratamiento de dichas enfermedades. El tratamiento de este tipo de infecciones ha estado limitado a las pocas alternativas existentes en el mercado que no responden al surgimiento de nuevos mecanismos de resistencia y a su rápida proliferación. Es así como la búsqueda de tratamientos más innovadores constituye uno de los objetivos de mayor relevancia y prioridad para la investigación en salud pública. Bajo ese contexto, el uso de péptidos antimicrobianos surge como una alternativa promisoria para el tratamiento de este tipo de infecciones. Estos péptidos presentan una amplia diversidad estructural y funcional, lo que les permite combatir un amplio espectro de microrganismos, evitando así futuros problemas de resistencia. Adicionalmente, se ha reportado actividad inmunomoduladora en muchos de estos péptidos lo que los hace más interesantes para una aplicación clínica. Uno de los principales retos para el uso de estos péptidos es que su producción es altamente costosa y se encuentra limitada a secuencias muy simples, lo que representa una gran limitación para aplicaciones a gran escala. Bajo ese contexto, el presente proyecto pretende desarrollar una estrategia de producción a gran escala de péptidos antimicrobianos y demostrar su aplicación mediante la modificación y funcionalización de materiales de interés biomédico con estos péptidos.

De acuerdo con el objetivo general de este proyecto el cual es diseñar y evaluar biotintas a base de dos matrices extracelulares descelularizadas para su uso en la fabricación de equivalentes de piel humana por bioimpresión 3D. Se planea desarrollar de forma paralela las biotintas de los materiales mencionados en el objetivo general y realizar pruebas de bioimpresión para determinar que las propiedades, como la viscosidad, gelación y tasa de degradación sean la adecuada para el modelo de piel humana que queremos desarrollar. Por otro lado se realizará la evaluación de las características fisico-químicas y mecánicas de las biotintas para evaluar su compatibilidad con la impresión y con la viabilidad de las células. Finalmente se quiere evaluar cuál de las dos biotintas soporta mejor la aplicación del modelo de equivalentes de piel de acuerdo con las características biológicas del tejido después del proceso de maduración. Se espera que la estas biotintas sirvan de soporte para otras aplicaciones y en el desarrollo de otros tejidos blandos. Al final se espera obtener un modelo equivalente de piel estandarizado por bioimpresión y con las características de la piel humana con el fin de poder ser utilizado en la evaluación de compuestos farmaceúticos, cosméticos y compuestos corrosivos para la piel humana.

El rápido incremento de la resistencia de las bacterias a todas las clases de antibióticos disponibles es uno de los mayores problemas de salud pública a nivel mundial. En este sentido la búsqueda de nuevos compuestos antimicrobianos se ha intensificado especialmente la dirigida a encontrar moléculas de la naturaleza. La piel de los anfibios pueden generar grandes cantidades de péptidos antimicrobianos (PAM) de diferentes tamaños, estructuras y cargas que actúan en sinergia y a su vez regulando la microbiota de su piel. Descubrimientos recientes indican que los PAM producidos por la piel de las ranas y los metabolitos producidos por su microbiota son importantes para el desarrollo normal del animal. Los PAM de piel de rana presentan entre 11-46 aminoácidos de longitud, tienen carga catiónica, contienen una proporción significativa de residuos hidrofóbicos y son propensos  formar estructura de alfa hélice. El principal mecanismo de acción de estos péptidos es el rompimiento de la membrana bacteriana, pero también pueden atacar blancos intracelulares. Por otro lado, existen reportes que las comunidades bacterianas producen PAM, llamados bacteriocinas, y su producción ocurre en todos los grupos de Eubacterias y Arqueobacterias. Por ejemplo, en Escherichia coli se han reportado colicinas y bacteriocinas en el 50% de las cepas aisladas de hospederos humanos. Además para Pseudomonas aeruginosa se ha encontrado que el 90% de las cepas aisladas producen bacteriocinas. Teniendo en cuenta estos datos, es lógico pensar que las bacteriocinas tengan una función en comunidades microbianas como es el caso de la microbiota de la piel de ranas. Nuestra hipótesis es que tanto los PAMs producidos por la piel de las ranas como los producidos por las bacterias de  su microbiota actúan en sinergia para evitar la invasión de otras de cepas bacterianas patógenas. Por las razones anteriormente expuestas, nuestro grupo de investigación está interesado en investigar los PAMs producidos por la interacción de la piel de las ranas con su microbiota natural. Creemos que estas mezclas naturales tienen un potencial antimicrobiano contra infecciones que involucran la salud humana. Para cumplir con el objetivo planteado para este trabajo, modificaremos la técnica de cultivo de micro-órganos de piel de ranas (SMOs) in vitro. Utilizaremos dos protocolos de SMOs, el primero incluirá un coctel de antibióticos para eliminar la microbiota de la piel de las ranas y obtener en el medio solo las moléculas secretadas por la rana. El segundo será realizado sin antibióticos para obtener todas las moléculas producidas tanto por la piel de las ranas como su microbiota. Finalmente, se identificarán péptidos antimicrobianos  obtenidos en cultivos, los cuales serán probados contra bacterias patógenas para los humanos.