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https://hdl.handle.net/1822/42048
Título: | A biodegradable PLGA: coating releasing DNase I to prevent bacterial adhesion and biofilm formation |
Autor(es): | Lopes, Susana Amorim |
Orientador(es): | Mei, Henny van der Rodrigues, L. R. Swartjes, Jan |
Palavras-chave: | Biomaterial-associated infections (BAI) eDNA Anti-biofilm strategies DNase I poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) Infeções associadas aos biomateriais (BAI) Estratégias anti-biofilme Revestimentos de poli(ácido láctico-co-ácido glicólico) (PLGA) |
Data: | 2015 |
Resumo(s): | Biofilms are highly complex bacterial aggregates, surrounded by extracellular
polymeric substances (EPS). Each matrix component has specific functions contributing to the
maintenance of the biofilm health. In the EPS matrix, extracellular deoxyribonucleic acid
(eDNA) is present at the bacterial cell surface and plays an essential role in several stages of
biofilm formation, namely it determines biofilm architecture, provides mechanical stability to
biofilms, protects bacterial cells in biofilms from physical stress, antibiotics and detergents and
could be a significant source of organic nutrients in the environment whilst disseminating
genes amongst different microorganisms. In this context, attacking this essential component of
the EPS matrix by deoxyribonuclease I (DNase I), an endonuclease that digests DNA through
hydrolysis of the phosphodiester bonds, has been considered a possible approach to prevent
biofilm formation.
In this work, covering titanium, a common orthopaedic implant material, with a
protective biodegradable poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) coating containing embedded
DNase I, has been found to be a promising strategy to prevent the initial bacterial adhesion
and biofilm formation in vitro. Employing coatings of PLGA-DNase I and PLGA-inulin packaged
DNase I, bacterial adhesion and biovolumes of biofilms of up to 120 h old, of both
Staphylococcus aureus ATTCC 12600GFP or Staphylococcus aureus Newman D2CGFP, decreased
substantially with respect to uncoated titanium. It is expected that a timescale of 120 h is
sufficiently long to prevent infection arising from peri-operatively introduced bacteria as is
currently done with a dose of post-operatively administered antibiotics. Without the risk of
bacterial resistance development, the PLGA-inulin packaged DNase I coating provides an
appropriate and effective strategy to prevent biofilm formation on the surface of biomaterial
implants and devices. In addition, the contact between U2-OS cells and the developed PLGA
coatings does not negatively affect their viability and proliferative capacity, as well as the
adhesion to the surface of the coatings. Therefore, this approach should be further explored to
determine whether it can mitigate the occurrence of biomaterial-associated infections (BAI) in
vivo, which are responsible for several clinical complications and high healthcare costs. Os biofilmes são agregados bacterianos altamente complexos, rodeados por substâncias extracelulares poliméricas (EPS). Na matriz da EPS, o ácido desoxirribonucleico extracelular (eDNA) está presente na superfície das células bacterianas e desempenha um papel essencial em várias fases da formação do biofilme, nomeadamente determina a sua arquitetura, proporciona estabilidade mecânica, protege as células bacterianas de stress físico, antibióticos e detergentes, e pode ser uma fonte significativa de nutrientes orgânicos no ambiente enquanto dissemina genes entre diferentes microrganismos. Neste contexto, atacar este componente essencial da matriz de EPS utilizando desoxirribonuclease I (DNase I), uma endonuclease que digere DNA por hidrólise das ligações fosfodiéster, tem sido considerada uma possível abordagem para evitar a formação de biofilmes. No presente trabalho, o revestimento de titânio, material comummente utilizado em implantes ortopédicos, com uma proteção biodegradável de poli(ácido láctico-co-ácido glicólico) (PLGA) incorporando DNase I, mostrou ser uma estratégia promissora para prevenir a adesão bacteriana inicial e a formação de biofilmes in vitro. Comparativamente à superfície de titânio não revestida, os revestimentos PLGA-DNase I e PLGA-inulina incorporando DNase I diminuíram significativamente a adesão bacteriana e os biovolumes dos biofilmes constituídos por Staphylococcus aureus ATTCC 12600GFP ou Staphylococcus aureus Newman D2CGFP com 24 h, 72 h e 120 h de crescimento. É expectável que 120 h seja um período de tempo suficientemente longo para evitar a ocorrência de infecções resultantes da entrada de bactérias no período peri-operatório. Sem apresentar risco de desenvolvimento de resistência bacteriana, o revestimento PLGA-inulina incorporando DNase I constitui uma estratégia adequada e eficaz para prevenir a formação de biofilmes na superfície de implantes de biomateriais e dispositivos. Adicionalmente, o contacto entre as células U2-OS e os revestimentos de PLGA desenvolvidos não afecta negativamente a sua viabilidade e capacidade proliferativa, assim como a sua adesão à superfície dos revestimentos. Portanto, esta abordagem deve ser explorada no futuro de forma a concluir se pode mitigar in vivo a ocorrência de infecções associadas aos biomateriais (BAI) responsáveis por várias complicações clínicas e altos custos de saúde. |
Tipo: | Dissertação de mestrado |
Descrição: | Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Engenharia Clínica) |
URI: | https://hdl.handle.net/1822/42048 |
Acesso: | Acesso aberto |
Aparece nas coleções: | BUM - Dissertações de Mestrado |
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Ficheiro | Descrição | Tamanho | Formato | |
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