discusión
El presente estudio demostró la posibilidad de inactivar fotodinámicamente bacterias gram-positivas y gram-negativas después de la incubación con ácido 5-ALA o MAL. El perfil característico de la producción de porfirina inducida por 5-ALA en función de la concentración del sustrato subraya la fuerte relación entre estos dos parámetros y la importancia de determinar las concentraciones efectivas óptimas de cada sustrato., La curva en forma de campana observada concuerda con las curvas obtenidas en estudios de cultivo celular de porfirinas inducidas por 5-ALA y por derivados de 5-ALA (27).
se sabe que, además de PPIX, las porfirinas en general pueden inhibir diferentes enzimas involucradas en el ciclo biosintético del hemo para evitar la acumulación de grandes cantidades de Pap intracelulares (1). Sin embargo, esta retroalimentación negativa daría lugar a la aparición de una meseta en términos de producción total de porfirina con concentraciones crecientes de 5-ALA y no puede explicar la curva en forma de campana., Nuestros resultados mostraron que a concentraciones por encima de la concentración óptima, el 5-ALA en sí mismo parece tener un efecto inhibitorio sobre la formación de porfirina, a pesar de que no se alcanzaron concentraciones de fármacos tóxicos. Además, las mismas bacterias incubadas con MAL produjeron cantidades significativamente mayores de Pap que el compuesto original, lo que sugiere que no se alcanzaron las capacidades máximas de producción de PAP.
las diferencias en las concentraciones óptimas observadas para 5-ALA y MAL pueden ser el resultado de diferentes mecanismos de captación., Es bien sabido que en las células animales, el 5-ALA y el MAL son transportados al citosol a través de diferentes mecanismos de transporte activo (23); sin embargo, más derivados lipofílicos entran a través de la difusión pasiva a través de las membranas o la endocitosis. En las bacterias gramnegativas, la doble membrana impide la penetración de moléculas exógenas, mientras que las porinas, que son canales transmembranarios, solo permiten que pequeñas moléculas hidrofílicas, generalmente nutrientes, entren en las bacterias (18)., Por lo tanto, la entrada de 5-ALA en bacterias gramnegativas no es problemática (28), como lo demuestra la baja concentración necesaria para una inducción óptima de PAP. En el caso de MAL, la adición de una cadena de metilo en el grupo carboxílico aumenta el coeficiente de partición aceite-agua de -1,52 a -0,94 (27), que todavía se considera hidrofílico. Por lo tanto, este compuesto también puede entrar en el citosol bacteriano a través de los canales de porina., Sin embargo, las altas concentraciones (3 a 10 mM) necesarias para inducir suficiente formación de PAP indican que la penetración o la disponibilidad pueden variar de la del compuesto original.
el hecho de que más derivados lipofílicos, como PAL, HAL y OAL, no inducen ninguna formación significativa de PAP podría explicarse por el atrapamiento de estos compuestos altamente lipofílicos en las membranas bacterianas o por el hecho de que las propiedades altamente anfifílicas de estos derivados pueden inducir la interrupción de la membrana, causando toxicidad oscura.,
hemos visto una fuerte correlación entre la eficiencia de la PDI y la cantidad total de PAPs formados en E. coli K-12. Sin embargo, esto no puede extrapolarse a otras cepas debido a los diferentes tipos de porfirinas producidas, los mecanismos de protección (12) y la localización de la porfirina. Todos los tipos de porfirinas observados en nuestro estudio han demostrado la capacidad de absorber la luz y generar especies reactivas de oxígeno (22). La principal diferencia entre estas porfirinas endógenas está relacionada con el número de mitades carboxílicas, que influyen en la solubilidad, lipofilicidad, agregación y localización., En el caso de E. coli, se observó que el tipo de PAP depende de la cantidad de porfirinas producidas. Cuando se sintetizan pequeñas cantidades de porfirinas, la maquinaria enzimática de las bacterias fue capaz de proceder a la descarboxilación de una alta proporción de estas porfirinas, lo que conduce a la acumulación de porfirinas principalmente lipofílicas. Cuando se producen cantidades muy grandes de PAP, el proceso enzimático puede ser abrumado, lo que lleva a una mayor proporción de porfirinas hidrofílicas. Esta tendencia se observó solo en las cepas de E. coli (datos no mostrados para las otras especies)., En contraste, S. aureus produjo casi exclusivamente UPs y fue fotoinactivada eficientemente, mientras que P. aeruginosa produjo cuatro a cinco veces más porfirinas, principalmente PPIX, pero no fue fotoinactivada más eficientemente.
para obtener PDI mediada por 5-ALA o 5 – ALA, las dos condiciones principales necesarias son la acumulación de cantidades suficientes de PAPs en las bacterias objetivo y la irradiación efectiva para activar el PS. De hecho, cuando se utiliza este tipo de profármaco PS, la PDI conducida en condiciones subóptimas puede conducir a resultados contradictorios. Por ejemplo, Karrer et al., (10) han demostrado que la PDI mediada por 5-ALA induce una inhibición significativa del crecimiento de S. aureus, pero no de Staphylococcus epidermidis. En contraste, Nitzan et al. (19) observaron que la PDI mediada por 5-ALA fue efectiva contra S. aureus y S. epidermidis, pero no contra cepas gramnegativas, incluidas E. coli y P. aeruginosa. Las dos últimas cepas fueron fotoinactivadas con éxito por Szocs et al. (24) y Lee et al. (14), respectivamente, después de la incubación con 5-ALA., Por lo tanto, el presente estudio demuestra claramente no solo que las concentraciones deben optimizarse y adaptarse a las bacterias específicas, sino también que la lipofilicidad del precursor de PAP en sí debe optimizarse. Mientras que MAL y BAL parecían ser más eficaces en la inactivación de E. coli, 5-ALA ha demostrado tener la capacidad de inactivar eficientemente S. aureus en altas concentraciones., En el presente estudio nos hemos centrado principalmente en los precursores de PAP que han obtenido la aprobación de comercialización para la administración tópica (5-ALA, MAL y HAL), dos compuestos de lipofilicidad intermedia (BAL y PAL) y un compuesto lipofílico más (OAL) que todavía era soluble en agua a las concentraciones utilizadas en nuestro estudio. Sin embargo, en estudios futuros se deben considerar compuestos más moderadamente lipofílicos, como los ésteres de etilo, propilo y bencilo.,
en nuestro estudio, se ha demostrado que tanto el 5-ALA como el MAL inducen mayores cantidades de PAPs en todas las bacterias tratadas cuando se aplican las condiciones óptimas. En E. coli, el efecto inhibitorio total observado después de la incubación con MAL, aunque se observó a mayores concentraciones de fármaco, fue hasta 2 órdenes de magnitud mayor que el logrado después de la incubación con 5-ALA. Sin embargo, esta ventaja no se observó en las otras cepas utilizadas en el presente estudio., En la práctica clínica, la MAL podría tener otras ventajas, especialmente con respecto a sus propiedades farmacocinéticas y farmacodinámicas, que se han establecido en ensayos clínicos para el tratamiento de carcinomas basocelulares y queratosis actínica (6, 7, 17). Como el 5-ALA presentó una curva de inactivación bifásica, las concentraciones intermedias resultaron en la inactivación subóptima de las bacterias objetivo. Se obtuvo un comportamiento más deseable con MAL, ya que la supervivencia bacteriana disminuyó continuamente con el aumento de las concentraciones de MAL., En este caso, la formación de PAP, y por lo tanto, PDI, se inhibió solo cuando se alcanzaron concentraciones de drogas tóxicas (mayores de 10 mM).
no solo es importante la capacidad de inducir PAPs, sino que los derivados de 5-ALA, incluido MAL, también pueden tener ventajas ya establecidas con respecto a la biodisponibilidad local después de la administración tópica para el tratamiento de otras patologías. La administración tópica de MAL ha demostrado dar lugar a una distribución más selectiva y profunda de PAPs en pacientes con carcinomas basocelulares gruesos (20)., Por lo tanto, las infecciones más profundas se pueden tratar más eficazmente con este compuesto. En algunos casos, se demostró que la MAL es más selectiva que el 5-ALA para el tejido enfermo, como las queratosis solares (6), lo que potencialmente conduce a menos daño colateral en el tejido sano circundante. Además, se ha demostrado que la MAL tiene una absorción sistémica limitada y se ha informado que induce menos dolor durante la irradiación, que es un parámetro importante cuando se necesitan varias sesiones de TFD (11).,
Las concentraciones más efectivas utilizadas en este estudio pueden parecer relativamente altas en comparación con las concentraciones de otros compuestos de PS, que se utilizan a concentraciones micromolares; de hecho, para algunos otros compuestos de PS, el tiempo de aplicación es de minutos en lugar de horas (25, 26). Sin embargo, las altas selectividades de los compuestos que hemos probado, como se ha demostrado en otros dominios médicos, pueden proporcionar los medios para erradicar potencialmente las infecciones bacterianas sin dañar los tejidos circundantes sanos.,
el uso de los compuestos probados en nuestros estudios se limitará a las infecciones bacterianas que son accesibles a la administración local tanto del medicamento como de la luz, incluyendo la piel, los pulmones, la cavidad oral, el área urogenital y el tracto gastrointestinal. Por ejemplo, los primeros ensayos clínicos han demostrado resultados prometedores de la PDI mediada por 5-ALA de Helicobacter pylori (30). Los avances actuales en esta área se centran en el desarrollo de derivados sistémicamente aplicables del 5-ALA con períodos de semidesintegración prolongados, lo que evitará la necesidad de aplicar los compuestos localmente., Además, la repetibilidad puede ser un activo importante de la PDI, ya que hasta la fecha no se han notificado toxicidad acumulativa (21) ni resistencia bacteriana inducida en tratamientos repetidos (13).
por lo tanto, cuando se utilizaron concentraciones óptimas, los derivados de cadena corta 5-ALA y 5-ALA (MAL y BAL) indujeron altos niveles de acumulación de PAP tanto en las cepas bacterianas gram-positivas como gram-negativas que probamos, logrando el primer requisito previo para una PDI exitosa., Por el contrario, los derivados de 5-ALA de cadena larga (PAL, HAL y OAL) demostraron altas toxicidades oscuras que aumentaron con lipofilicidad, y la inducción con estos compuestos no mostró formación significativa de PAP. Como MAL indujo eficientemente la formación de PAP en bacterias, podría mostrar una mayor eficacia in vivo, especialmente debido a sus ventajosas propiedades farmacocinéticas y farmacodinámicas. Su capacidad para utilizarse en el tratamiento de infecciones locales debe investigarse más a fondo en experimentos in vivo.