PRODUCTION OF NEW ANTIMICROBIAL NANOMATERIALS WITH SYNERGISTIC PROPERTIES FOR DRUG DELIVERY AGAINST INFECTION DISEASES

Abstract

Antimicrobial resistance (AMR) is one of the most concerning issues of today, posing a global public health threat already warned by the WHO. As one of the principal agents of mucosal and systemic infections, Candida albicans is a fungus that, when disseminated, can lead to life-threatening infections and has increased its incidence in the last decades, showing resistance to some current treatments. Considering this and recognizing the difficulty on cre- ating new drugs, nanomaterials have been addressed as an answer to AMR. This work has addressed the potential of silver-copper core mesoporous silica shell nanoparticles (AgCuMNs) against C. albicans, starting by synthesizing the nanoparticles (NPs), loading Amphotericin B (AMB), a drug used in C. albicans infections, and then, testing the re- sulting nanomaterials against the fungus. Indeed, we were able to synthesize 49 nm diameter AgCuMNs with 2.52 nm diameter pores and a high surface area due to the mesoporous silica shell. Then, by achieving a loading percentage of 90.1%, we were able to prove that mesopo- rous silica can indeed retain drugs, increasing massively their solubility, thus creating easier ways to administrate them. Finally, our nanosystems were tested against C. albicans. Interestingly, not only did the drug loaded into the nanosystems showed effects, but also the AgCu core demonstrated syn- ergetic effects with the drug, making the loaded AgCuMNs as the most effective nanosystem. Indeed, this nanosystem was able to have a Minimum Inhibitory Concentration (MIC) of 6.25 μg/mL, which corresponds to a concentration of the drug of 0.089 μg/mL. Overall, AgCuMNs showed a great potential to be used as drug-delivery systems, hopefully helping the fight against antimicrobial resistance.

Resistência antimicrobiana é uma das questões mais preocupantes da atualidade, re- presentando uma ameaça global à saúde pública já alertada pela OMS. Como um dos princi- pais agentes de infeções mucosas e sistémicas, C. albicans é um fungo que, quando dissemi- nado, pode causar infeções potencialmente fatais, tendo aumentado a sua incidência nas últi- mas décadas e demonstrando resistência a alguns tratamentos atuais. Considerando este ce- nário e reconhecendo a dificuldade em desenvolver novos fármacos, os nanomateriais têm sido abordados como uma resposta à resistência antimicrobiana. Este trabalho focou-se no potencial de nanopartículas com núcleo de prata-cobre re- vestido com sílica mesoporosa (AgCuMNs) contra C. albicans, começando pela síntese das na- nopartículas (NPs), o carregamento de Amphotericin B (AMB), um fármaco utilizado em infe- ções de C. albicans e, posteriormente, o teste dos respetivos nanomateriais contra o fungo. De facto, sintetizámos AgCuMNs com 49 nm de diâmetro, poros de 2.52 nm de diâmetro e uma elevada área de superfície devido à sílica mesoporosa. Atingimos uma percentagem de loading de 90.1%, comprovando que a sílica mesoporosa consegue, de facto, reter fármacos, aumen- tando consideravelmente a sua solubilidade e, facilitando, assim, a sua administração. Por fim, os nanosistemas foram testados contra C. albicans. Curiosamente, não só a AMB carregada nos nanosistemas demonstrou efeitos, como também o núcleo de AgCu apre- sentou efeitos sinérgicos com o fármaco, tornando as AgCuMNs carregadas no nanosistema mais eficaz. De facto, este nanosistema apresentou um MIC de 6.25 μg/mL, o que corresponde a uma concentração de fármaco de 0.089 μg/mL. Em geral, as AgCuMNs mostraram um grande potencial como sistemas de transporte de fármacos, contribuindo, assim, para a luta contra a resistência antimicrobiana.