Synthesis and application of antimicrobial peptides in cutaneous wound dressings

Dissertação de mestrado em Técnicas de Caracterização e Análise QuímicaUma ferida cutânea se não for devidamente tratada pode incorrer numa ferida crónica suscetível a infeções generalizadas, as quais podem resultar na morte do paciente. Atualmente, a engenharia de tecidos é descrita como um campo interdisciplinar que combina princípios de engenharia, química e biologia para gerar soluções que permitam reparar, restaurar e/ou melhorar as funções de tecidos lesados. No mesmo sentido, a área têxtil aborda soluções com base em fibras poliméricas, produzidas a partir de uma vasta gama de polímeros, que permitem gerar estruturas com uma grande área superficial, porosidade e resistência mecânica passivas de serem utilizadas como pensos bioativos que promovam uma atividade cicatrizadora e antimicrobiana eficiente. Os péptidos com atividade antimicrobiana (AMPs) têm despertado muita atenção pela possibilidade de serem uma alternativa promissora aos antibióticos, na busca de agentes mais eficazes contra as bactérias, evitando que estas desenvolvam resistência e por ser possível a sua síntese e manipulação para serem aplicados como o elemento biomédico nos pensos bioativos. Este projeto resulta da colaboração entre o Departamento de Química e o Centro de Ciência e Tecnologia Têxtil (2C2T), e visa a síntese dos AMPs Peptaibolin e Tiger 17, através de metodologias de síntese em fase sólida assistida por micro-ondas, a sua caracterização química, estrutural e antimicrobiana, e posterior imobilização em estruturas nanofibrosas poliméricas produzidas por eletrospinning. Para atingir este objetivo, técnicas como a Ressonância magnética nuclear de protão (1 HRMN) e a Cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) foram aplicadas na caraterização do péptido, assim como testes antimicrobianos de concentração mínima inibitória ou cinética de evolução microbiana. A técnica de eletrospinning foi utilizada para o processamento de nanofibras a partir do polímero natural, acetato de celulose (CA), e do sintético, policaprolactona (PCL). As matrizes poliméricas geradas foram caracterizadas recorrendo a técnicas como MO, SEM, ATR-FTIR, TGA, DSC, ensaios de hidratação e determinação indireta de porosidade, e medições de ângulos de contacto e, consequente, determinação da energia de superfície. Sendo possível concretizar todos os objetivos propostos para este trabalho, e fruto de uma extensa otimização de processos e investigação futura, esta inovação poderá resultar numa terapia única com vista a proteger as feridas contra infeções, e simultaneamente acelerar a cicatrização e regeneração dos tecidos.A skin wound if not properly treated can result in a chronic wound susceptible to widespread infections, which can result in the patient's death. Currently, tissue engineering is described as an interdisciplinary field that combines principles of engineering, chemistry and biology to generate solutions that allow to repair, restore and/or improve the functions of injured tissues. In the same sense, the textile area addresses solutions based on polymeric fibers, produced from a wide range of polymers, which allow the generation of structures with a large surface area, porosity and mechanical resistance that can be used as bioactive dressings that promote a healing and efficient antimicrobial activity. Antimicrobial peptides (AMPs) have attracted a lot of attention due to the possibility of being an alternative to antibiotics in the search for more effective agents against bacteria, preventing them from developing resistance. They can be applied as the biomedical element in bioactive dressings because their synthesis and manipulation are possible. This project results from the collaboration between the Department of Chemistry and the Center for Science and Textile Technology (2C2T), and aims at the synthesis of AMPs Peptaibolin and Tiger 17, through solid phase synthesis methodologies assisted by microwave, their chemical, structural and antimicrobial characterization, and subsequent immobilization on polymeric nanofiber structures produced by electrospinning. To achieve this objective, techniques such as Proton Nuclear Magnetic Resonance (1 H RMN) and High Performance Liquid Chromatography (HPLC) were applied to the peptide characterization, as well as antimicrobial tests with minimal inhibitory concentration or kinetics of microbial evolution. The electrospinning technique was used to process nanofibers from the natural polymer, cellulose acetate (CA), and the synthetic, polycaprolactone (PCL). The polymeric matrices generated were characterized using techniques such as MO, SEM, ATR-FTIR, TGA, DSC, hydration tests and indirect porosity determination, measurements of contact angles and, consequently, determination of surface energy. As it is possible to achieve all the objectives proposed for this work, and as a result of extensive optimization process and future research, this innovation may result in a unique therapy with a view to protecting wounds against infections, while simultaneously accelerating healing and tissue regeneration.Gostava ainda de agradecer ao Centro de Ciência e Tecnologia Têxtil (2C2T) por permitir a realização deste projeto nos seus laboratórios e ainda à Fundação da Ciência e Tecnologia (FCT) pelo financiamento do projeto onde este trabalho foi inserido, projeto PEPTEX PTDC/CTM-TEX/28074/2017 (POCI-01-0145-FEDER-028074