It has been recently demonstrated that the derivative of the frog skin antimicrobial peptide (AMP) esculentin-1a, Esc(1-21), has a strong microbicidal activity against both the free living and the biofilm forms of the bacterial pathogen Pseudomonas aeruginosa with a membrane-perturbing activity as a plausible mode of action.[1] With the aim to overcome the principal limits for the development of AMPs as new therapeutic agents, such as a low biostability, high toxicity and inefficient delivery to the target site, the conjugation of AMPs to inorganic nanoparticles (NPs), e.g. gold NPs (AuNPs), could represent a valuable solution. We demonstrated that the conjugation of Esc(1-21) to AuNPs via a polyethyleneglycol linker significantly increases the activity of the free peptide against the motile and sessile form of P. aeruginosa, without being harmful to mammalian cells. Furthermore, our engineered NPs were found to preserve the peptide’s ability to disrupt the bacterial membrane and to retain the peptide’s wound healing activity on a keratinocytes monolayer. Our findings suggest that the conjugation of a linear AMP to inorganic nanocarriers, i.e. AuNPs represents an innovative nanoscale formulation for topical treatment of epithelial infections.

E’ stato recentemente dimostrato che il peptide antimicrobico (AMP) d’anfibio esculentin-1a(1-21)NH2 (Esc(1-21)), ha una forte azione microbicida contro la forma planctonica e sessile del batterio patogeno Pseudomonas aeruginosa con un plausibile meccanismo d’azione che prevede la perturbazione della membrana cellulare. Con lo scopo di superare i principali limiti che ostacolano lo sviluppo degli AMP come potenziali nuovi farmaci, come la loro bassa biostabilità, alta tossicità e la difficoltà di raggiungere il sito dell’infezione, la coniugazione a nanoparticelle (NPs) inorganiche, come quelle di oro (AuNPs), potrebbe risultare una soluzione vantaggiosa. In questo studio abbiamo dimostrato che la coniugazione del peptide antimicrobico Esc(1-21) a nanoparticelle di oro tramite un polyethyleneglycol linker aumenta significativamente l’attività battericida del peptide libero contro entrambe le forme del batterio Pseudomonas aeruginosa, senza risultare tossico per le cellule di mammifero. Inoltre, le nanoparticelle coniugate hanno dimostrato di preservare sia il meccanismo di perturbazione di membrana del peptide che le sue proprietà di “wound healing” su una “pseudo-ferita” in un monostrato di cheratoniciti. I nostri risultati suggeriscono che la coniugazione di un peptide antimicrobico lineare come l’Esc(1-21) a nanoparticelle di oro potrebbe rappresentare un’innovativa formulazione per il trattamento topico di infezioni epiteliali.

Effetti della coniugazione del peptide antimicrobico Esc(1-21) a nanoparticelle di oro / Casciaro, Bruno; Moros, Maria; Rivera Fernandez, Sara; Loffredo, MARIA ROSA; Bellelli, Andrea; la Fuente, Jesus M. de; Mangoni, Maria Luisa. - (2016). ((Intervento presentato al convegno Prima Conferenza della Società Italiana Peptidi tenutosi a Napoli, Centro Congressi “Federico II” nel 22 Giugno 2016,.

Effetti della coniugazione del peptide antimicrobico Esc(1-21) a nanoparticelle di oro

CASCIARO, BRUNO;LOFFREDO, MARIA ROSA;BELLELLI, Andrea;MANGONI, Maria Luisa
2016

Abstract

E’ stato recentemente dimostrato che il peptide antimicrobico (AMP) d’anfibio esculentin-1a(1-21)NH2 (Esc(1-21)), ha una forte azione microbicida contro la forma planctonica e sessile del batterio patogeno Pseudomonas aeruginosa con un plausibile meccanismo d’azione che prevede la perturbazione della membrana cellulare. Con lo scopo di superare i principali limiti che ostacolano lo sviluppo degli AMP come potenziali nuovi farmaci, come la loro bassa biostabilità, alta tossicità e la difficoltà di raggiungere il sito dell’infezione, la coniugazione a nanoparticelle (NPs) inorganiche, come quelle di oro (AuNPs), potrebbe risultare una soluzione vantaggiosa. In questo studio abbiamo dimostrato che la coniugazione del peptide antimicrobico Esc(1-21) a nanoparticelle di oro tramite un polyethyleneglycol linker aumenta significativamente l’attività battericida del peptide libero contro entrambe le forme del batterio Pseudomonas aeruginosa, senza risultare tossico per le cellule di mammifero. Inoltre, le nanoparticelle coniugate hanno dimostrato di preservare sia il meccanismo di perturbazione di membrana del peptide che le sue proprietà di “wound healing” su una “pseudo-ferita” in un monostrato di cheratoniciti. I nostri risultati suggeriscono che la coniugazione di un peptide antimicrobico lineare come l’Esc(1-21) a nanoparticelle di oro potrebbe rappresentare un’innovativa formulazione per il trattamento topico di infezioni epiteliali.
It has been recently demonstrated that the derivative of the frog skin antimicrobial peptide (AMP) esculentin-1a, Esc(1-21), has a strong microbicidal activity against both the free living and the biofilm forms of the bacterial pathogen Pseudomonas aeruginosa with a membrane-perturbing activity as a plausible mode of action.[1] With the aim to overcome the principal limits for the development of AMPs as new therapeutic agents, such as a low biostability, high toxicity and inefficient delivery to the target site, the conjugation of AMPs to inorganic nanoparticles (NPs), e.g. gold NPs (AuNPs), could represent a valuable solution. We demonstrated that the conjugation of Esc(1-21) to AuNPs via a polyethyleneglycol linker significantly increases the activity of the free peptide against the motile and sessile form of P. aeruginosa, without being harmful to mammalian cells. Furthermore, our engineered NPs were found to preserve the peptide’s ability to disrupt the bacterial membrane and to retain the peptide’s wound healing activity on a keratinocytes monolayer. Our findings suggest that the conjugation of a linear AMP to inorganic nanocarriers, i.e. AuNPs represents an innovative nanoscale formulation for topical treatment of epithelial infections.
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