Approcci terapeutici alternativi agli antibiotici convenzionali: vantaggi, limiti e potenziale applicazione in medicina Ⅱ

4. Peptidi antimicrobici

Negli ultimi anni, epidemie ed epidemie hanno dimostrato che la salute pubblica può essere minacciata a livello globale in termini dimalattie infettive, quindi questo problema richiede urgentemente di trovare alternative aantibiotici tradizionaliche sono nuovi e meno inclini alla resistenza batterica. Alla ricerca del nuovoantibiotici,peptidi antimicrobici(AMP), noti anche come peptidi di difesa dell'ospite, hanno recentemente ricevuto un grande interesse [146–148]. Gli AMP sono una classe di piccoli peptidi che esistono ampiamente in natura e sono componenti importanti del sistema immunitario innato di diversi organismi. Hanno un ampio effetto inibitorio su batteri, funghi, parassiti e virus. Furono scoperti nel 1939, in seguito alla scoperta dei lisozimi nel 1922, quando il microbiologo Rene Dubos isolò dal suolo un ceppo di Bacillus, un agente antibatterico chiamato gramicidina, che si dimostrò proteggere i topi dall'infezione pneumococcica.149]. Successivamente, diversi AMP sono stati identificati sia nel regno procariotico che in quello eucariotico.150]. Il primo AMP di origine animale descritto è stato la defensina, che è stata isolata da leucociti di coniglio.151], successivamente, la lattoferrina è stata identificata nel latte di mucca, ed è stato dimostrato che i lisosomi dei leucociti umani e il tratto riproduttivo femminile umano contengono AMP a basso peso molecolare [152]. Ad oggi, più di 3000 AMP sono stati scoperti, caratterizzati e annotati nel database AMP (APD3) [153]. 

La ricerca attuale si concentra su questi composti naturali come innovativifarmaci antinfettivie nuovi immunomodulatori [148,154], ma anche nell'alimentazione, nell'allevamento, nell'agricoltura e nell'acquacoltura. L'interesse per gli AMP è recentemente aumentato durante la pandemia di coronavirus 2 (SARS-CoV-2) della sindrome respiratoria acuta grave nella ricerca di nuove molecole antivirali per contrastare COVID-19 [154]. 

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Approcci terapeutici alternativi agli antibiotici convenzionali

4.1. Vantaggi

Dalla scoperta di AMP bioattivi naturali in grado di colpire ampiamente più agenti patogeni, le terapie basate sui peptidi sono sotto il controllo dei ricercatori. Gli AMP inibiscono un'ampia gamma di microrganismi attraverso meccanismi diversi e speciali, prendendo di mira principalmente le membrane cellulari o specifici componenti intracellulari.155]. Gli AMP sono potenziali agenti terapeutici multifunzionali, efficaci contro un ampio spettro di microrganismi. Si chiamano "antibiotici naturali". Alcuni AMP possono causare la morte rapida di funghi Gram-positivi e Gram-negativi, parassiti, virus incapsulati o cellule tumorali in pochi minuti. Gli AMP hanno un basso rischio di sviluppo di resistenza e possono persino inibire i microrganismi resistenti agli antibiotici.155]. Questo principio deriva dal fatto che gli AMP generalmente (ma non sempre, come sopra specificato) colpiscono la componente lipidica della membrana plasmatica, componente cellulare che si ritiene intrinsecamente difficile da alterare nelle sue caratteristiche fisico-chimiche di base da parte di bersagli microbici.

Infine, gli AMP sono sempre più visti come una promettente alternativa terapeutica per il trattamento delle infezioni associate al biofilm, una delle maggiori minacce nel campo delle infezioni batteriche. Tutti questi vantaggi rendono gli AMP candidati ideali per applicazioni farmacologiche. Gli AMP esercitano i loro effetti antimicrobici principalmente attraverso due diversi meccanismi. Gli AMP mirati alla membrana alterano l'integrità strutturale della membrana cellulare mentre gli AMP che utilizzano meccanismi di targeting non di membrana inibiscono principalmente la sintesi di acidi nucleici, enzimi essenziali e altre proteine ​​funzionali. Queste nuove proteine ​​possono essere di origine naturale o sintetica. Gli AMP di molte specie, inclusi anfibi, insetti, mammiferi e pesci, rappresentano il 75,65% degli AMP totali, mentre il resto proviene principalmente da piante e batteri e rappresenta rispettivamente il 13,5% e l'8,53% degli AMP totali.156]. Gli AMP batterici sono spesso indicati come batteriocine, efficaci a concentrazioni inferiori rispetto agli AMP e hanno un effetto limitato su alcune specie. Le batteriocine mostrano attività antimicrobica e inibiscono i principali concorrenti microbici.157,158]. Sorprendentemente, la resistenza agli antibiotici e alle batteriocine è indipendente e finora non è stata registrata alcuna resistenza crociata.159]. I geni coinvolti nella produzione di batteriocine fanno parte di elementi genetici mobili come trasposoni coniugativi (nisina) e plasmidi (lattococchi 972) [160]. Questo facilita la loro propagazione e spiega, ad esempio, la capacità diP. pentosaceusELattobacillosintetizzare la predizione PA1/AcH [161]. Si può concludere che le batteriocine rappresentano una nuova prospettiva per superare il problema della resistenza, a condizione che la funzione del meccanismo di queste molecole e la loro degradazione siano completamente comprese. A sua volta, l'ambiente marino è noto per essere una delle fonti più ricche di AMP, compresi gli oceani che coprono poco più del 70% della Terra. A differenza dell'ambiente terrestre, sono più adattabili a condizioni ambientali difficili, come l'elevata salinità [156,162]. Gli AMP di origine vegetale sono peptidi che esibiscono un'attività antimicrobica forte e ad ampio spettro. Oltre alla forte attività microbicida degli AMP vegetali contro virus, batteri, funghi, parassiti e protozoi, hanno anche attività anti-insetto contro oomiceti e parassiti erbivori e attività antitumorale contro alcune cellule tumorali.155,156,162,163]. Per quanto riguarda gli AMP degli insetti, svolgono un ruolo importante nel sistema immunitario umorale. Gli AMP degli insetti sono sintetizzati nel grasso corporeo di un insetto e immagazzinati nell'emolinfa.164]. Ad oggi sono stati identificati oltre 200 AMP negli insetti

Nonostante la diversità dei numerosi vantaggi degli AMP estratti da fonti naturali, presentano una serie di svantaggi, tra cui scarsa stabilità, tolleranza al sale ed elevata tossicità, che ostacolano il loro uso terapeutico diffuso, da qui l'emergere di AMP sintetici. Sono stati sviluppati diversi metodi per progettare nuovi AMP sintetici modificando le sequenze di AMP naturalmente presenti in vari organismi. È stato dimostrato che piccoli cambiamenti nella composizione degli amminoacidi possono provocare cambiamenti in tutte le proprietà conformazionali e fisico-chimiche di un peptide.165]. Tutto sommato, questi AMP sono sicuri, con effetti collaterali tossici assenti o minori e difficili da indurre resistenza batterica ai farmaci rispetto agli antibiotici convenzionali.166]. 

4.2. Applicazioni in Medicina

Gli AMP sono agenti multifunzionali con diverse funzioni terapeutiche come attività antiinfiammatorie, immunomodulatorie, di neutralizzazione delle endotossine ed effetti citotossici sulle cellule tumorali, che li rendono buoni candidati per le pratiche farmacologiche, oltre ai loro effetti antimicrobici diretti.167,168]. Attività rapide e ad ampio spettro, opportunità di utilizzo versatili e bassi potenziali per lo sviluppo di resistenza degli AMP sono i principali fattori che aumentano la loro attrattiva nell'industria biofarmaceutica e gli investimenti nel mercato degli antibiotici peptidici. Diversi studi hanno riportato la rilevanza della nisina nel trattamento di diverse malattie infettive, come la mastite, orale, respiratoria e cutanea.148,152,169]. La mastite è una malattia infiammatoria comune nelle donne che allattano che provoca la cessazione della lattazione.170]. Staphylococcus aureusEStaphylococcus epidermidissono due agenti comuni che causano infezioni associate alla mastite [170]. Il peptide nisina provoca l'inibizione della crescita batterica attraverso la formazione di pori di membrana e interrompendo la biosintesi della parete cellulare attraverso una specifica interazione del lipide II.171]. Un altro esempio di AMP di derivazione batterica utilizzato clinicamente come alternativa agli antibiotici è la gramicidina, che è una miscela di gramicidina A, B e C. Si tratta di AMP prodotti naturalmente daBrevibacillus brevis, con attività contro diversi batteri Gram-positivi, inducendo la depolarizzazione della membrana e conseguentemente la lisi cellulare [152,172,173]. La gramicidina è un costituente della neosporina®, un triplo antibiotico utilizzato nelle preparazioni oftalmiche e topiche [152]. È stato approvato e commercializzato come AMP anionico per il trattamento delle infezioni cutanee causate da batteri Gram-positivi [174]. Uno studio recente ha dimostrato che il pretrattamento con tachiplesina III sui topi li protegge daPseudomonas aeruginosaEAcinetobacter baumanniiinfezione, riduce la produzione di citochine pro-infiammatorie (IL-1 , IL-6 e TNF- ) e induce la fagocitosi dei macrofagi, fondamentale per esercitare la clearance batterica in maniera dose-dipendente [152,175]. Tutti questi risultati devono essere confermati negli studi clinici sull'uomo. Data l'ampia varietà di AMP esistenti in natura, si prevede che altri nuovi peptidi farmacologicamente attivi ispirati dalla natura possano trovare applicazioni cliniche in futuro.

4.3. Limitazioni

Sebbene gli AMP abbiano molti vantaggi, solo tre AMP sono stati approvati dalla FDA statunitense per uso terapeutico, vale a dire gramicidina, colistina e daptomicina.176]. La gramicidina è attiva contro una gamma di batteri Gram-positivi e Gram-negativi, sebbene la sua grave tossicità per gli eritrociti umani abbia un'indicazione clinica limitata alle applicazioni topiche. La polimixina e la colistina, che sono peptidi cationici in uso da decenni, hanno visto una rinascita di interesse negli ultimi tempi a causa della loro forte attività contro i patogeni MDR Gram-negativi. La loro capacità di legare il componente lipidico A dell'LPS li rende armi preziose, le ultime risorse per combattere lo shock settico, nonostante la loro nota nefrotossicità. Tuttavia, la resistenza è emersa e si sta diffondendo a un ritmo allarmante, mettendo a repentaglio l'efficacia di queste preziose terapie. Per quanto riguarda la daptomicina, questo lipopeptide ciclico legato alla membrana ha ricevuto il via libera dalla FDA nel 2003 per il trattamento delle infezioni da Gram-positivi. Negli ultimi anni,Staphylococcus aureusla resistenza è stata sempre più segnalata ed è attivamente in corso la ricerca di sostituti che possano estendere l'uso clinico di questo importante antibiotico. Oltre alla resistenza all'AMP sopra descritta, esiste un livello di difficoltà nel portare queste molecole sul mercato, sia per il trattamento topico che per quello sistemico. Gli studi clinici di fase 3 di Polyphor sulla sicurezza e l'efficacia della murepavadina per via endovenosa sono stati interrotti prematuramente a causa di livelli elevati di creatinina sierica nei pazienti trattati con AMP, che indicano insufficienza renale.177]. 

5. Nanoparticelle

Le prime tracce dell'uso empirico delle nanoparticelle da parte dell'uomo risalgono all'impero Maya (nell'800 a.C.), si usava un colorante blu in grado di resistere agli agenti atmosferici costituito da una miscela di argilla nanoporosa e colorante contenente nanoparticelle metalliche [178]. La produzione di nanoparticelle è stata un argomento in rapida crescita per le applicazioni biomediche, in particolare nel trattamento dei tumori e nella loro diagnostica, dall'inizio degli anni '70 e in modo esponenziale dagli anni 2000.179]. Le eccezionali caratteristiche di questi nano-oggetti (ottiche, fisiche, termiche, chimiche, ecc.) ne consentono l'utilizzo come vettori, oltre che per ragioni diagnostiche e terapeutiche. Le nanotecnologie dedicate alle applicazioni mediche sono oggi definite con il termine "nanomedicina". Le nanoparticelle con attività antimicrobica sono particelle inorganiche di dimensioni nanometriche. Possono attaccare la membrana di batteri o lieviti e penetrare in questi agenti patogeni per interagire con un bersaglio specifico, ma anche indurre la produzione di radicali liberi. Ancora più importante, i molteplici e unici meccanismi di azione delle nanoparticelle rendono improbabile che i batteri possano sviluppare resistenza e possono aiutare a limitare la crisi globale dell'emergente resistenza batterica.179,180]. 

5.1. Vantaggi

La nanomedicina è una consegna di farmaci che utilizza nanovettori che consentono il trasporto e il rilascio del principio attivo al suo bersaglio farmacologico. Questo approccio, quindi, aumenta l'efficacia dei farmaci e ne limita gli effetti avversi modulando la via farmacocinetica e la biodisponibilità.181]. Qualità antibatteriche uniche sono presenti nelle nanoparticelle metalliche (MNP) realizzate in argento, oro, ossido di zinco e ossido di titanio. La loro composizione chimica consente un legame più lungo, un targeting attivo degli antibiotici con funzionalizzazione superficiale nella posizione bersaglio e protezione contro la degradazione enzimatica.182]. La parte più interessante è che possono fornire antibiotici nel compartimento intracellulare in cui si trova l'agente patogeno. Pertanto, migliorano la stabilizzazione del farmaco, aumentano la circolazione del farmaco e forniscono una migliore somministrazione al bersaglio e una maggiore efficacia del trattamento. Parallelamente, riducono la tossicità e gli effetti collaterali, aumentano lo spettro antibatterico e riducono la dose di farmaco richiesta e persino il tempo di trattamento.183,184]. Tutti questi vantaggi fanno del loro uso tra le strategie più promettenti per superare la resistenza ai farmaci antibiotici [185]. 

5.2. Applicazioni in Medicina

I nanobiotici sono gli antibiotici di nuova generazione e possono essere usati come farmacicontro le infezioni batteriche con batteri principalmente intracellulari. Le proprietà antibatterichedi metalli nobili (principalmente rame e argento) sono noti da molto tempo e sono utilizzati nella vita di tutti i giorni. Ad esempio, alcuni ospedali hanno dotato le maniglie delle loro porte di rivestimenti in rame per limitare la trasmissione di batteri nell'ambiente ospedaliero [186]. Gli studi sulle nanoparticelle hanno mostrato attività antimicrobica in vitro contro gli organismi MDR, compresi i patogeni ESKAPE (Enterococcus faecalis, Stafilococco aureo, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosaEEnterobatteri) [180,187–189]. Infatti, uno studio ha chiaramente stabilito l'attività antibatterica dose-dipendente delle nanoparticelle d'argento contro gli enterobatteri similiEscherichia coliOKlebsiella pneumoniaecon un MIC onorevole di circa 1,4µg/mL, così come l'attività antibatterica di gentamicina, cefotaxime e meropenem nei confronti di queste specie è aumentata in presenza simultanea di nanoparticelle d'argento.190]. Altri studi hanno dimostrato l'efficacia sia in vitro che in vivo contro batteri Gram-positivi e Gram-negativi.191,192]. Inoltre, potrebbe essere un'alternativa nel trattamento della tubercolosi, che è un grave problema di salute che contagia milioni di persone in tutto il mondo. L'abuso di farmaci di prima linea potrebbe portare alla tubercolosi MDR, che viene poi trattata con chemioterapia o farmaci di seconda linea come l'etionamide (ETH). Tuttavia, i pazienti spesso trovano difficile aderire a regimi terapeutici che richiedono alte dosi di ETH. Le nanoparticelle potrebbero incapsulare farmaci sinergici, che semplificherebbero notevolmente il trattamento e aumenterebbero la compliance del paziente.181]. Alla fine, tutti questi studi rimangono su scala sperimentale, in vitro o in vivo utilizzando modelli animali. La traduzione clinica richiede una conoscenza approfondita della farmacocinetica e della farmacodinamica delle NP e una valutazione della loro tossicità a livello cellulare e sistemico.180]. Pertanto, i nanobiotici metallici si sono rivelati più efficaci dei soli antibiotici grazie alla loro stabilità nel caso di infezioni causate da germi intracellulari.193–195]. In pratica, i nanobiotici fornirebbero sistemi di somministrazione di farmaci per metodi di applicazione sistemici, orali, transdermici o di altro tipo, migliori medicazioni antibatteriche per le ferite, eccellenti rivestimenti per dispositivi medici impiantabili e coadiuvanti per vaccini antibatterici più efficaci.193].

5.3. Combinazione

TerapiaLe nanoparticelle possono essere associate a farmaci antimicrobici (antibiotici, antivirali, antimicotici). La combinazione con molecole antibiotiche è la più documentata e sono chiamate nanobiotici [196]. Gli MNP sono utilizzati per il loro costo ridotto, la facile sintesi e l'utilizzo [193]. Gli MNP si basano su diversi tipi di metallo: principalmente oro (Au), argento (Ag), ossido di rame (CuO), ossido di ferro (Fe3O4 o Fe2O3), biossido di titanio (TiO2) e ossido di zinco (ZnO) [193]. Le nanoparticelle d'argento (AgNP) sono utilizzate non solo nei laboratori di ricerca ma anche in campo umano e veterinario per le loro proprietà catalitiche, ottiche e biologiche uniche. Il principale vantaggio delle nanoparticelle d'oro (AuNP) è la loro semplice produzione e modifica da parte di uno o più ligandi tiolici chimicamente distinti e sono considerate le MNP meno tossiche.182]. Poiché gli MNP operano come trasportatori di farmaci, facilitano il trasporto degli antibiotici sulla superficie cellulare. Questa interazione tra le nanoparticelle e gli antibiotici aumenta la concentrazione di farmaci antimicrobici in punti specifici della membrana cellulare. In particolare, il contatto con le cellule è migliorato e la permeabilità delle membrane è aumentata dall'affinità di AgNPs e AuNPs per le proteine ​​contenenti zolfo delle membrane cellulari batteriche. Questo rende più facile per gli antibiotici entrare nella cellula [194].

5.4. Limitazioni

Le nanoparticelle rappresentano un rischio per la salute umana nonostante le loro eccellenti qualità e la grande varietà di applicazioni. Studi condotti in vitro e in vivo hanno dimostrato che le MNP possono entrare nelle cellule e causare stress ossidativo, infiammazione, danni al DNA e tossicità d'organo, il che ne limita l'uso.197,198]. Le principali proprietà delle MNP responsabili del loro effetto tossicologico sono state attribuite a:• Dimensioni, dovute alla loro rapida diffusione nelle cellule umane e alla loro capacità di attraversare la barriera emato-encefalica (200 nm). Le NP inferiori a 10 nm mostrano spesso una sostanziale attività antibatterica ma anche un'elevata citotossicità;Agglomerazione, che aiuta nel processo di sedimentazione e rallenta la diffusione di NP che aumenta i dosaggi efficaci;

• Carica superficiale, al fine di controllare il legame delle proteine ​​alle NP, l'assorbimento cellulare, lo stress ossidativo, l'autofagia, l'infiammazione e l'apoptosi, la carica delle NP è cruciale (è stato dimostrato che le NP cariche sono più citotossiche delle forme neutre e le NP caricate positivamente erano più varianti citotossiche piuttosto che negative di dimensioni simili). Attualmente, le MNP possono essere progettate per ridurre la loro tossicità per l'uomo.199]. La dimensione può essere adattata per un'efficacia ottimale e gli agenti di copertura possono essere utilizzati per prevenire l'agglomerazione, evitare l'ossidazione indesiderata delle nanoparticelle e migliorare il rilascio di ioni. Gli agenti di copertura comunemente usati sono l'acido oleico, l'acido poliacrilico, il polietilenglicole (PEG), l'alcool polivinilico (PVA) e il polivinilpirrolidone (PVP).200,201].

6. Oli essenziali

I prodotti naturali, come le piante medicinali, gli oli essenziali (EO) e gli estratti di erbe sono considerati agenti alternativi promettenti. Gli OE sono tra i prodotti di origine vegetale economicamente più rilevanti, essendo spesso responsabili di diverse proprietà benefiche per la salute [202,203]. Gli EO sono formati dal MAP come metaboliti secondari e sono miscele molto eterogenee che possono contenere dozzine di composti a diverse concentrazioni.204]. Attualmente sono note oltre 3000 EO, il 10% delle quali è rilevante dal punto di vista commerciale ed economico. Questi prodotti sono potenziali serbatoi di molti composti bioattivi con diverse proprietà benefiche e sono in linea con l'attuale preferenza dei consumatori per i prodotti naturali. Offrono anche il vantaggio di essere meglio tollerati nel corpo umano con minori effetti collaterali [205,206]. 

6.1. Applicazioni di EO

In natura, gli OE svolgono un ruolo importante nella protezione delle piante, agendo come antibatterici, antivirali, antimicotici e insetticidi, e anche contro gli erbivori riducendo il loro appetito per tali piante. Possono anche attrarre alcuni insetti per favorire la dispersione di pollini e semi o respingerne altri indesiderati. Per le loro proprietà battericide e fungicide, sono anche usati come alternative ai prodotti chimici di sintesi per proteggere l'equilibrio ecologico senza mostrare gli stessi effetti secondari [207,208]. Gli OE sono stati utilizzati per oltre 5000 anni in varie culture e per una varietà di scopi diversi, tra cui la cura personale (profumi e cosmetici), alimenti, cura della casa, repellenti per l'uomo e gli animali (bestiame e animali domestici) e agenti che promuovono la salute per il trattamento di varie malattie [203,209–211]. Gli OE sono generalmente noti per esercitare vari effetti farmacologici, come antiallergici (lavanda, salvia), antitumorali (salvia), antinfiammatori (eucalipto, lavanda), analgesici (lavanda), ansiolitici (finocchio comune), antidepressivi (cedro) immunomodulatori ( eucalipto) antibatterica (chiodi di garofano, cumino, timo, origano), antimicotica (curcuma, lavanda, eucalipto), antivirale (eugenolo, eucalipto, zenzero, chiodi di garofano), insetticida (artemisia, eucalipto, lavanda) e antiossidante (coriandolo, lavanda , aneth) [206,212–214]. Inoltre, gli OE potrebbero essere utilizzati come conservanti alternativi per aumentare la durata di conservazione di cereali e colture e per la sicurezza alimentare [215]. Pertanto, la composizione e le proprietà farmacologiche degli OE sono oggetto di ampio interesse di ricerca.

6.2. Effetto antimicrobico degli EO

Gli OE ei loro componenti principali si sono dimostrati efficaci nel controllare la diffusione di alcuni agenti batterici. Le proprietà antibatteriche degli OE sono note da tempo e oggi ci sono un buon numero di pubblicazioni importanti che ne hanno confermato gli effetti batteriostatici e battericidi nei confronti di ceppi batterici patogeni, anche a concentrazioni molto basse.216,217]. Diverse molecole presenti negli OE sono dotate di proprietà antibatteriche, in particolare fenoli (come carvacrolo, timolo ed eugenolo), alcoli (come il linalolo) e aldeidi (come la cinnamaldeide). Gli effetti antibatterici sono influenzati da diversi fattori come la composizione chimica dell'OE testato, il metodo sperimentale utilizzato e il ceppo batterico testato. La loro azione antibattericadipende dalla concentrazione dei principali composti, effetti sinergici e/o additivi e composti minori presenti [218,219]. I componenti bioattivi degli OE hanno specifiche azioni antibatteriche; ad esempio, la distruzione cellulare dei patogeni è il risultato della capacità di questi composti di distruggere la membrana cellulare del microrganismo, che si traduce in cambiamenti nella morfologia cellulare, alterazioni nella permeabilità della membrana e fuoriuscita di elettroliti. Ad esempio, timolo, carvacrolo ed eugenolo (principali composti fenolici di diversi OE) possono aumentare la quantità di acidi grassi saturi C16 e C18 e diminuire la quantità di acidi grassi insaturi C18. L'azione degli OE non è limitata agli acidi grassi stessi, ma può anche influenzare gli enzimi responsabili della loro biosintesi. Ad esempio, alcuni studi hanno dimostrato che alcuni EO inibiscono con meccanismi diversi (competitivi, non competitivi e non competitivi) [213,220]. I diversi componenti degli OE possono agire sulle proteine ​​presenti nei batteri e influenzare la divisione cellulare. Inoltre, possono ridurre il tasso di produzione di ATP e causare disturbi nella catena respiratoria della membrana. Alcuni EO hanno un'azione sul quorum sensing, utilizzato dai batteri per coordinare e garantire la comunicazione tra loro [221,222]. Diversi studi hanno studiato la sinergia tra i componenti degli EO [223,224]. È stata osservata una variazione tra i diversi risultati in base all'organismo testato, all'antibiotico e all'olio essenziale testati [225]. La combinazione di due agenti antimicrobici determina un effetto antagonistico, indifferente o sinergico, a seconda dei meccanismi esercitati da ciascun agente contro l'organismo del test, delle caratteristiche dell'organismo del test e di eventuali interazioni chimiche tra i due agenti antimicrobici.226]. 

6.3. Limitazioni

Nonostante siano composti naturali e le loro applicazioni terapeutiche, è stato segnalato che alcuni EO causano effetti collaterali come avvelenamento, asma, dermatite da contatto, mal di testa, aumento del sanguinamento, irritazione oculare, neurotossicità, genotossicità e immunotossicità. La maggior parte degli EO, in dosi sufficientemente elevate, causerà effetti tossici. Inoltre, possono verificarsi effetti tossici a seguito di ingestione o esposizione cutanea. Molti EO, tra cui lavanda,Nepeta cataria(erba gatta), eMelissa Officinalis(melissa), sono stati studiati con test che dimostrano che gli OE mostrano tossicità a concentrazioni molto basse. Si suppone che uno dei principali meccanismi di citotossicità sia il danno di membrana, simile a quello osservato nei batteri e nei lieviti.226–228]. Gli EO contengono anche composti complessi che sono molto fotosensibili e suscettibili di degradazione. Ciò richiede migliori condizioni di conservazione per evitare che le concentrazioni di olio componente diminuiscano e aiuta a mantenere l'olio essenziale di prima qualità con la minima quantità di deterioramento. Un'altra sfida per lo sfruttamento razionale degli OE da parte delle industrie interessate è il loro controllo di qualità, nonché i testi legislativi relativi alle loro applicazioni [228]. 

7. Terapia antimicrobica antisenso

Le terapie antisenso sono una forma di terapia antibiotica basata sulla biotecnologia che utilizza analoghi chimici di oligomeri corti a filamento singolo che imitano la struttura dell'RNA o del DNA e si legano a un RNA specifico e complementare in un organismo bersaglio. Le terapie antimicrobiche antisenso agiscono quindi silenziando l'espressione di geni specifici.229]. La tecnologia antisenso è stata sviluppata per molti anni per combattere le infezioni virali, parassitarie e batteriche. La tecnologia antisenso è stata utilizzata come agenti antibatterici ed è stata testata contro la maggior parte degli isolati clinici di MDR, inclusi quelli resistenti ai carbapenemiEscherichia coli, beta-lattamasi a spettro estesoKlebsiella pneumoniae, portatore di metallo-beta lattamasi -1 di Nuova DelhiKlebsiella pneumoniaee MDRSalmonella enterica. In questa recensione, ci concentreremo sulla terapia con oligonucleotidi come approccio efficace per ridurre la resistenza dei batteri al trattamento antibiotico [230].

7.1. Meccanismo di azione

Fondamentalmente, la funzione principale degli antibiotici è quella di inibire direttamente la crescita e/ovitalità dei batteri prendendo di mira percorsi conservati come la replicazione del DNA, parete cellularesintesi, sintesi proteica e metabolismo. Al contrario, utilizzando la tecnologia antisenso come agenti terapeutici nei microrganismi, gli agenti antisenso si legano all'mRNA bersaglio complementare e silenziano la traduzione o promuovono la degradazione dell'mRNA bersaglio. Sono state sviluppate diverse piattaforme basate su oligonucleotidi, i due approcci principali per silenziare l'espressione genica includono oligonucleotidi antisenso e RNA a breve interferenza. Entrambi possiedono sequenze complementari al loro mRNA bersaglio. L'ibridazione dell'oligonucleotide inibisce la traduzione del gene corrispondente attraverso la degradazione dell'mRNA bersaglio o l'ostruzione del legame ribosomiale.229,231–233]. Attualmente, le principali strutture chimiche che sono state progettate per la biotecnologia antisenso includono fosforotioati, acidi nucleici bloccati, acidi nucleici peptidici e oligomeri morfolinofosforodiamidato.229,233]. La preoccupazione più importante per le terapie antisenso è stata la consegna di oligomeri sintetici antisenso nel citoplasma batterico che richiede l'adesione di un altro composto in grado di penetrare nella parete cellulare batterica. Studi recenti hanno utilizzato oligomeri antisenso accoppiati a peptidi che penetrano nelle cellule o una sequenza di amminoacidi cationici e non polari alternati perché le pareti cellulari dei batteri sono quasi impenetrabili da oligomeri ad alto peso molecolare.229,234,235].

7.2. Efficacia

Nel febbraio 2017, l'OMS ha pubblicato il suo primo elenco in assoluto di "patogeni prioritari" resistenti agli antibiotici, un catalogo di 12 famiglie di batteri che rappresentano la più grande minaccia per la salute umana.236]. Questi batteri sono diventati resistenti a un gran numero di antibiotici, inclusi carbapenemi e cefalosporine di terza generazione.5]. Come soluzione al problema, le terapie antisenso offrono il potenziale per terapie specifiche della sequenza genica che possono colpire un'ampia gamma di percorsi nei batteri, sono rapide da progettare e sono più adattabili alla resistenza rispetto agli antibiotici molecolari convenzionali.237]. Gli oligonucleotidi antisenso e gli RNA interferenti corti sono una strategia alternativa per progettare oligomeri gene-specifici che possono mirare specificamente a qualsiasi singolo patogeno. Questo nuovo approccio elimina quasi o riduce significativamente il tempo necessario per la scoperta di nuovi antibatterici e amplia la gamma di bersagli potenzialmente disponibili a qualsiasi gene con una sequenza di basi nota in qualsiasi batterio.229].

7.3. Applicazioni in Medicina

Spettro esteso La produzione di lattamasi è uno dei principali meccanismi di resistenza inEnterobatteriacee. Recenti studi hanno dimostrato che la terapia con oligonucleotidi è un approccio efficace per ridurre la resistenza dei batteri ai trattamenti antibiotici.238,239]. Gli oligonucleotidi lipidici hanno dimostrato di essere una strategia efficiente sia nel fornire sequenze oligonucleotidiche nelle cellule procariotiche sia nel ridurre la concentrazione minima inibitoria di batteri resistenti alla cefalosporina di terza generazione, ceftriaxone.5]. La strategia di mirare ai geni di resistenza agli antibiotici mira ad abbattere l'espressione della resistenza agli antibiotici, che ripristinerebbe la suscettibilità a un antibiotico approvato che verrebbe co-somministrato con gli oligomeri. Diversi studi hanno rivelato i benefici degli antimicrobici antisenso sui batteri MDR [230,240,241]. Le terapie antisenso mirate al gene NDM-1 hanno ripristinato la suscettibilità ai carbapenemi in specie di patogeni Gram-negativi, tra cuiEscherichia coli, Acinetobacter baumannii, EPseudomonas aeruginosa[230]. Lo stesso è stato osservato prendendo di mira l'aac(60 )-Ib, che conferisce resistenza agli aminoglicosidi in molti isolati clinici Gram-negativi.229,237,242,243]. Attualmente non esistono sul mercato farmaci oligonucleotidici approvati per il trattamento delle infezioni batteriche; tuttavia, esistono alcune terapie antisenso negli studi clinici per il trattamento delle infezioni virali. Fomivirsen, un oligodeossinucleotide fosforotioato, è l'unica terapia antisenso approvata che prende di mira l'infezione virale.229,231,237,244]. Per affrontare l'urgente necessità di sviluppare nuove strategie per la scoperta di nuovi antimicrobici, c'è ancora bisogno di più studi sperimentali con prove cliniche reali al fine di utilizzarli con successo nel trattamento delle malattie infettive umane.

8. Trapianto di microbiota fecale

Un microbiota, o "flora microbica", è un gruppo di microrganismi (batteri, virus, funghi o lieviti) che vivono in un ambiente specifico. Il corpo umano ospita diversi microbiota localizzati sulla pelle, nella cavità orale, nel tratto respiratorio, nel tratto genitale o nell'intestino. Un essere umano contiene più batteri che cellule umane [245]. Il microbiota intestinale è definito come il microbiota più abbondante nel corpo umano con oltre 100,000 miliardi di batteri (da 1 a 2 kg di batteri). Ora è considerato un organo a sé stante, che fornisce varie funzioni fisiologiche essenziali per l'uomo. Sotto l'influenza di diversi fenomeni, l'equilibrio tra i batteri "buoni" e "cattivi" del microbiota può rompersi; questo squilibrio, noto come disbiosi, è la causa di varie malattie di varia gravità. Il trapianto fecale (detto anche trapianto fecale o batterioterapia fecale) è quindi una possibile soluzione terapeutica.245]. Gli antibiotici svolgono un ruolo importante in questi fenomeni alterando la diversità delle popolazioni del microbiota intestinale (e in particolare l'effetto barriera che esercitano) e aumentando le densità intestinali dei batteri resistenti. Il microbiota intestinale è al centro del fenomeno della resistenza agli antibiotici, essendo sia il serbatoio di enterobatteri resistenti agli antibiotici che la "vittima collaterale" dell'uso di antibiotici, che seleziona questi batteri.245]. L'insieme dei geni di resistenza presenti nel microbiota intestinale è chiamato resistoma intestinale. Include il resistoma endogeno o "residente" composto dai batteri del microbiota residente dell'ospite e il resistoma esogeno o variabile, composto da geni di resistenza forniti dai batteri in transito attraverso il microbiota.246]. Classicamente, il resistoma residente include geni di resistenza cromosomica non associati a strutture mobili. Al contrario, il resistoma variabile è spesso associato a strutture mobili (come plasmidi o trasposoni), che possono essere scambiate con i batteri residenti dell'ospite.247]. Sulla base del ripristino di un nuovo microbiota intestinale da un donatore sano [248]. Il trapianto di microbiota fecale (FMT) è stato utilizzato fin dal IV secolo nella medicina tradizionale cinese per il trattamento di pazienti affetti da grave diarrea e per il trattamento di intossicazioni alimentari. In effetti, questa tecnica è stata descritta per la prima volta 1700 anni fa nel manuale medico cinese "Handy Therapy of Emergencies" del medico cinese Ge Hong [249]. Quindi, nel XVI secolo, Li Shizhen descrisse diversi modi per preparare le feci per la preparazione al trapianto fecale come soluzione fecale fermentata, sospensioni fecali fresche, nonché preparazioni fecali secche di feci secche.249]. Più tardi nel XVII secolo, l'FMT fu utilizzato sotto il nome di "trasformazione" in medicina veterinaria somministrata per via orale o rettale per il trattamento della diarrea, il trattamento dell'acidosi ruminale e il trattamento della dissenteria bacillare o shigellosi negli animali da allevamento, del bestiame [250]. Nel 1958, il chirurgo americano Ben Eiseman riconobbe l'efficacia della tecnica di FMT per via vaginale per il trattamento della colite pseudomembranosa a seguito di uno studio di successo su quattro pazienti trattati con feci del colon (clistere) da un donatore sano.250]. Nel 1983, l'efficacia del trattamento delle recidiveClostridium diificilele infezioni da FMT sono state riportate dalla Dott.ssa Anna Schwan sulla rivista "La Lancetta" [251].

8.1. Applicazioni in Medicina

La decontaminazione digestiva consiste nella somministrazione orale e/o parenterale di antibiotici al fine di eradicare i batteri patogeni e/o multiresistenti risparmiando il più possibile i batteri commensali (in particolare i batteri anaerobi).252]. La decontaminazione digestiva è stata finora utilizzata più spesso per eliminare gli enterobatteri (resistenti o meno) nei soggetti neutropenici o i batteri multiresistenti responsabili di epidemie nelle unità di terapia intensiva.247]. Infezioni batteriche emergenti altamente resistenti e, in particolare, produttrici di carbapenemasiEnterobatteriacee, rappresentano un crescente problema di salute pubblica. La loro gestione negli ospedali, regolata da un rapporto dell'Alto Consiglio francese per la sanità pubblica, prevede misure di isolamento rafforzato, coorti e screening dei contatti, che risultano eccessivamente macchinose, costose e di difficile applicazione.247]. La gestione antibiotica di queste colonizzazioni non è solo dannosa ma totalmente inutile. Due casi clinici, uno in Olanda, il secondo in Francia, ne hanno invece dimostrato l'efficaciadi FMT nei casi di colonizzazione da parte diEscherichia colie produttori di carbapenemasiKlebsiella pneumoniae[253]. Sono in corso molti studi per esplorare questa opzione terapeutica [247,254]. Stripling et al. riportato, in un case report, l'applicazione di FMT a un paziente con trapianto cuore-rene affetto da colonizzazione enterococcica resistente alla vancomicina, in concomitanza con recidiveClostridio difficilecolite [255]. Il trapianto ha portato a una cura clinica delClostridio difficileinfezione e una diminuzione della proporzione di isolati di enterococchi resistenti alla vancomicina.256]. L'infusione di una preparazione fecale da un donatore sano nel tratto gastrointestinale di un paziente è stata proposta come un nuovo approccio terapeutico per modulare le malattie associate a squilibri patologici all'interno del microbiota residente, chiamato disbiosi.257]. È stato usato per trattare malattie intestinali come IBD eClostridium diificileinfezione, ma non sono ancora disponibili rapporti sul suo ruolo nel trattamento dell'enterite da MRSA. Qui, abbiamo riportato cinque casi di enterocolite da MSRA curata da FMT in combinazione con vancomicina.258]. Per la prima volta riportiamo cambiamenti nel microbiota delle feci durante il processo terapeutico [257]. 

8.2. Limitazioni

Effetti collaterali associati al trapianto fecale: risultati di una meta-analisi FMT riguardante l'infusione di feci da un donatore sano nell'intestino di una persona malata per ripristinare l'equilibrio della sua flora intestinale.259]. Questa procedura è stata valutata principalmente per il trattamento delle recidiveClostridio difficileinfezioni. La letteratura scientifica è dominata da piccoli casi di studio con un'insufficiente standardizzazione dei criteri di valutazione. Una revisione della letteratura ha incluso 109 pubblicazioni che descrivono questa procedura eseguita in 1555 pazienti. Per 1190 di loro, l'indicazione era una ricorrenza diClostridio difficileinfezione [257]. Per gli altri, il trapianto fecale è stato eseguito principalmente per il trattamento della malattia infiammatoria cronica intestinale (IBD). La tecnica è stata studiata anche nella sindrome dell'intestino irritabile, nella sindrome metabolica e nella stitichezza. A partire da ottobre 2014, si potevano contare tre studi randomizzati controllati: uno nella sindrome metabolica, uno nella colite ulcerosa e uno perClostridio difficileinfezione. I metodi di somministrazione sono stati specificati per 946 pazienti. La maggior parte (più di 500) è stata trapiantata mediante colonscopia. È stata eseguita mediante clistere per più di 156 pazienti e mediante sondino nasogastrico per 133. Questa sottoanalisi si concentra sui 1190 pazienti che hanno ricevuto un trapianto fecale per recidivaInfezione da Clostridium diificile. Un caso di perforazione fecale si è verificato durante il trapianto fecale, richiedendo la colectomia.257,260]. Sono stati segnalati due casi di contaminazione da norovirus, nonché quattro casi di batteriemia da Gram-negativi, due dei quali hanno provocato la morte. Tra i pazienti affetti anche da IMiC, in sei casi è stato eseguito il trapianto fecale per curare laClostridio difficilel'infezione è stata seguita da una esacerbazione della malattia infiammatoria. In questa indicazione sono stati riportati una decina di episodi febbrili e un centinaio di effetti collaterali gastrointestinali lievi (nausea, dolori addominali, stitichezza, ecc.). Oltre ai decessi avvenuti dopo batteriemia, ne sono stati registrati altri tre. Per uno dei pazienti, gli investigatori hanno ritenuto che il legame tra lo shock settico che ha portato alla morte e il trapianto fecale fosse "non chiaro". Per un altro paziente, la colpa era della sedazione somministrata per eseguire la colonscopia. Un terzo paziente è morto di shock settico. In anestesia generale, ha rigurgitato la materia fecale introdotta dall'endoscopia ed è poi caduto vittima di una polmonite da inalazione. Altri decessi avvenuti a lungo termine sono stati segnalati senza che sia stato stabilito un collegamento con il trapianto. Per i 226 pazienti trattati per IMiC, l'effetto indesiderato più comune è stato un episodio febbrile (14 casi). I due autori hanno notato sei aggravamenti della malattia infiammatoria e 28 effetti collaterali gastrointestinali: flatulenza, vomito e dolore addominale.257]. Nel complesso, gli autori considerano la letteratura sul trapianto fecale "di scarsa qualità" e le attuali raccomandazioni "insufficienti" per consentire ai professionisti di essere adeguatamente informati. Sulla base della loro analisi della letteratura, considerano la procedura "generalmente sicura", pur sottolineando la segnalazione di diversi casi di eventi avversi gravi. Tuttavia, senza un comparatore, non è possibile determinare quanti di questi effetti collaterali sono correlati alla condizione di salute iniziale.257].

9. Inibitori del rilevamento del quorum

Il quorum sensing (QS) è un sistema di comunicazione basato sulle cellule che controlla l'espressione genica sotto il controllo della densità della popolazione cellulare.261]. Controlla l'espressione di varie proteine ​​a particolari densità cellulari. Le cellule batteriche producono piccole molecole simili agli ormoni note come molecole di acil-omoserina lattone (AHL) e svolgono un ruolo nel sistema di segnalazione, quindi sono note come molecole di segnalazione.262]. Queste molecole vengono ricevute da altri batteri come parte del loro sistema di segnalazione, noto come QS. Le cellule batteriche contengono molte proteine ​​diverse, una delle quali AHL sintasi, che produce molecole AHL che vengono escrete all'esterno della cellula a particolari concentrazioni e si legano con i recettori QS.262]. Questi recettori avviano la trascrizione di vari geni. Il QS controlla varie caratteristiche importanti nei batteri: virulenza, motilità, crescita, biofilm, proteasi ed elastasi, tra gli altri, rendendolo un pilastro nella maggior parte delle caratteristiche batteriche.263]. Questa molecola di segnalazione è composta da due componenti principali: un anello di lattone omoserina e una catena laterale di acido grasso, nota anche come catena acilica.264]. I farmaci anti-virulenza possono essere usati da soli o in combinazione con antibiotici e il loro obiettivo, a differenza degli antibiotici, non è quello di uccidere il batterio ma di prevenire o inibire la sua capacità di provocare un'infezione.265]. La loro elevata specificità nei confronti del patogeno spiega una minore reazione avversa sul microbiota ospite e una pressione selettiva più debole per la resistenza ai farmaci.266]. 

9.2. Limitazioni

È stato dimostrato che la resistenza alle terapie QS potrebbe derivare dalla mutazione dei geni che codificano le pompe di efflusso. I modelli in silico potrebbero essere una potenziale soluzione a questa resistenza in via di sviluppo [271]. È stato dimostrato che la terapia QS ha un impatto sulla salute umana, gli effetti collaterali includono la modulazione dell'attività metabolica del microbiota [272], ma agisce anche come chemiotattico per i neutrofili. Inoltre, è stato dimostrato che induce risposte pro-infiammatorie e pro-apoptotiche nelle cellule eucariotiche.273]. Ciò potrebbe portare a un'esacerbazione delle reazioni pro-infiammatorie dopo l'uso di inibitori QS. Inoltre, i risultati finali della terapia QS sembrano dipendere da una serie di cause tra cui lo stato immunitario del paziente infetto, il potenziale patogeno del ceppo dei batteri e l'ambientecondizioni prevalenti durante l'infezione [274]. Il target delle terapie anti-virulenza è già noto e caratterizzato. Lo screening delle librerie di farmaci commerciali consente di accelerare la ricerca di molecole con buone proprietà farmacologiche che aiuteranno a risolvere il crescente problema dei batteri multiresistenti.

Oggi inizia una nuova era con la tanto attesa crescente ricerca diromanzo anti-approcci infettivicontro i batteri MDR. Questi approcci terapeutici sono sicuramente apotente opzione non antibiotica per ridurre l'enorme aumento dibatteri resistenti agli antibioticiQuelloci troviamo di fronte al giorno d'oggi. Non si può negare che i meccanismi d'azione di queste terapiesono complicati da elaborare e quellotest clinicinon sono sufficientemente completi da fornireinformazioni valide e concise. Tuttavia, tutti gli sforzi compiuti per realizzare questi trattamenti come ala routine clinica deve essere svolta con cautela prendendo in considerazioneconsiderazione l'efficienzae sicurezza diogni terapia. Alla fine, siamo convinti che la conoscenza e la padronanza della resistenzamodelli e meccanismi di azione consentiranno ai medici di farloguidare sempre più antimicrobicotrattamentoverso un individualizzato epreciso approccio medico. 

Contributi dell'autore:Concettualizzazione, MK-H.; tutti gli autori hanno partecipato alla scrittura - originalepreparazione della bozza; scrittura: revisione e modifica, HAM, RB (Rachid Benmessaoud), HY, LS, HGA, MH, RB (Rihabe Boussettine), NF-A., FAL, ID, MME e MK-H.; supervisione,MK-H. e MME Tutti gli autori hanno letto e accettato la versione pubblicata del manoscritto.

Finanziamento:Questa ricerca non ha ricevuto finanziamenti esterni. L'articolo spese di elaborazione (APC) è a carico diUniversità Mohammed VI di scienze della salute (UM6SS).

Conflitto di interessi:Gli autori dichiarano assenza di conflitto di interesse. I finanziatori non hanno avuto alcun ruolo nella progettazionedello studio; nella raccolta, analisi o interpretazione dei dati; nella scrittura del manoscritto, onella decisione di pubblicare i risultati.

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