IT202000006481A1 - Condotti tubolari antimicrobici - Google Patents
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Description
Descrizione dell?invenzione industriale dal titolo: ?Condotti tubolari antimicrobici?
DESCRIZIONE
CAMPO DELL?INVENZIONE
La presente invenzione ? relativa a condotti tubolari la cui superficie esterna e/o interna ? funzionalizzata con peptidi antimicrobici.
STATO DELLA TECNICA
Il rapido aumento di agenti patogeni altamente resistenti rappresenta una sfida a livello mondiale sia nel settore degli alimenti e delle bevande che nel settore medico.
In particolare, l?acqua potabile ? sempre stata considerata uno dei requisiti primari per la salute e la sostenibilit? della vita umana.
Tuttavia, l?Organizzazione Mondiale della Sanit? (OMS) ha riferito che 884 milioni di persone non hanno accesso all'acqua potabile e che un numero pari a 2,2 milioni di decessi, principalmente bambini, sono da attribuire a diarrea, che viene trasmessa attraverso acqua contaminata, sanitizzazione o igiene inadeguata.
L'acqua in bottiglia ? spesso raccomandata in pazienti ospedalieri con carenze del sistema immunitario. L?American Society for Microbiology ha riferito che i batteri possono crescere anche nell'acqua potabile in bottiglia. Per esempio, una popolazione di circa 10<2>-10<5 >unit? formanti colonia per ml (CFU/ml) ? stata trovata nell'acqua minerale dopo l'imbottigliamento in Canada. Molto probabilmente questi batteri non causano malattie, ma gli alti livelli di batteri nell'acqua in bottiglia potrebbero rappresentare un rischio per le popolazioni vulnerabili come donne in gravidanza, neonati, pazienti immuno compromessi e anziani. La domanda di acqua in bottiglia ? costantemente aumentata negli ultimi anni, rendendo l'acqua in bottiglia il segmento in pi? rapida crescita fra le bevande analcoliche in tutto il mondo.
Tuttavia, il consumo massiccio di acqua in bottiglie usa e getta ? stato collegato all'aumento dei rifiuti e all'inquinamento del suolo. Solo una piccola percentuale di bottiglie di plastica ? riciclata. I costi ambientali associati all'acqua in bottiglia hanno portato a una spinta sociale per l'adozione di bottiglie riutilizzabili.
Le bottiglie riutilizzabili sono pi? ecologiche ed economiche perch? i consumatori possono ricaricarle ripetutamente. Questa capacit? di riempire e riutilizzare le bottiglie d'acqua richiede che le bottiglie siano pulire su base regolare. Tuttavia, l'osservazione del comportamento dei consumatori relativo alle bottiglie d'acqua riutilizzabili suggerisce che gli utenti ricaricano regolarmente le bottiglie senza fare uno sforzo corrispondente per pulirle. Inoltre, la forma delle bottiglie d'acqua riutilizzabili pu? costituire un ostacolo alla loro pulizia.
Le cannucce per bere, che sono in genere esposte all'ambiente e introdotte ripetutamente nella bocca dell'utilizzatore, possono essere contaminate con microrganismi o altri agenti patogeni che possono infettare o reinfettare l'utilizzatore.
Anche i tubi medici usati per somministrare fluidi, per esempio ossigeno, liquidi o farmaci, ad una persona, possono essere contaminati con microrganismi o altri agenti patogeni. Infatti, affinch? la persona sia mobile durante l'utilizzo di un tubo medico, la lunghezza del tubo medico si estende tra la persona e la stazione di erogazione. Di conseguenza, il tubo pu? trovarsi lungo il pavimento, sulle lenzuola o venire a contatto con altre persone durante il normale utilizzo, diventando cos? un ricettacolo per microrganismi o altri agenti patogeni che possono quindi essere trasferiti alla persona a cui ? somministrato il fluido, o ad altre persone o superfici.
Salmonella ed Escherichia coli sono tra i pi? comuni patogeni presenti negli alimenti e nelle bevande, e colpiscono ogni anno milioni di persone, talvolta con esiti gravi e fatali. I sintomi sono febbre, mal di testa, nausea, vomito, dolore addominale e diarrea.
Anche Listeria monocytogenes pu? contaminare gli alimenti e le bevande. L?infezione da Listeria porta ad aborti in donne in gravidanza o alla morte di neonati. Le conseguenze gravi e talvolta fatali di Listeria sulla salute, in particolare tra neonati, bambini e anziani, rappresentano per queste categorie di persone le infezioni alimentari pi? gravi e con percentuali di mortalit? importanti nell?ambito delle tossinfezioni alimentari.
Staphylococcus aureus ? responsabile di infezioni suppurative acute che possono essere dislocate in diversi distretti dell'organismo quali pelle, apparato scheletrico, apparato respiratorio, apparato urinario, sistema nervoso centrale. Alcuni ceppi batterici possono provocare inoltre intossicazioni e manifestazioni morbose di vario tipo a causa di alcune caratteristiche esotossine che sono in grado di produrre. L'antibiotico-resistenza ? una caratteristica spesso frequente della famiglia delle Staphylococcaceae, specie nelle cosiddette infezioni nosocomiali che possono essere contratte in ambiente ospedaliero. Le cause di tali infezioni sono di norma iatrogene e sono frequentemente individuabili nel sangue di soggetti con impianti protesici ma anche intravascolari. Queste infezioni costituiscono un problema che pu? spesso risultare di difficile soluzione, a causa di una diffusa farmaco-resistenza, rivolta in molti casi a pi? farmaci, sono ormai noti e studiati molti ceppi di batteri patogeni antibioticoresistenti tra cui il cosiddetto MRSA (meticillin resistant Staphylococcus aureus).
Vi ? dunque l?esigenza di mettere a disposizione condotti tubolari, idonei per l?uso sia in campo alimentare che medico, che siano igienicamente sicuri.
La domanda US20150209567 descrive un condotto tubolare in materiale polimerico avente uno strato esterno, uno strato interno ed uno strato intermedio in cui nello strato esterno e/o interno ? incluso un agente antimicrobico quale argento. L?argento pu? essere allo stato di elemento oppure ionico, in forma di nanoparticelle o in zeoliti ed eventualmente essere in combinazione con zinco.
I peptidi antimicrobici (antimicrobial peptides, AMP) sono prodotti in molti tessuti e tipi di cellule di organismi quali piante, insetti, anfibi e dagli organismi superiori e rappresentano componenti dell?immunit? innata. La loro composizione amminoacidica e le loro caratteristiche chimico-fisiche correlate alla struttura consentono loro di interagire in maniera selettiva con il doppio strato lipidico della membrana batterica causando la morte dei microrganismi. I peptidi antimicrobici sembrano avere un alto potenziale d?attivit? sui ceppi batterici patogeni per l?uomo, sia Gram negativi che Gram positivi; inoltre tali peptidi, al contrario di altri farmaci attualmente in uso, non selezionano facilmente i mutanti e non inducono fenomeni di antibiotico-resistenza.
Negli ultimi anni sono stati identificati numerosi peptidi antimicrobici attraverso diverse tecniche che vanno dall?analisi in silico allo screening di librerie peptidiche.
In particolare, la domanda di brevetto WO2015038339 descrive la struttura di 753 peptidi che vengono indicati come aventi una attivit? antibiofilm e/o attivit? immunomodulatoria. In tale documento, viene descritto anche il peptide avente 12 amminoacidi denominato IDR-1018-K6 o 2001. Alcune dei peptidi ivi descritti sono stati testati per la loro capacit? di inibire biofilm formati da Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus, E. coli, Acinetobacter baumannii, Salmonella enterica ssp. Typhimurium, Burkholderia cenocepacia, Staphylococcus aureus e Pseudomonas aeruginosa; tuttavia tali peptidi non hanno mostrato attivit? sulle cellule planctoniche di tali batteri alle concentrazioni testate.
La domanda di brevetto WO2019012158 descrive l?uso di alcuni peptidi antimicrobici, tra i quali IDR-1018-K6, come agenti batterici per la prevenzione e/o il trattamento della contaminazione di un prodotto o una superficie ad opera di uno specifico batterio, ovvero Listeria monocytoges. Tale documento descrive inoltre l?uso dei peptidi antimicrobici nel trattamento delle infezioni provocate in un soggetto da Listeria monocytogenes.
Ad oggi, gli studi effettuati e la mole di dati disponibili in numerose banche dati (Wang, G., Li, X. and Wang, Z. (2016) APD3: the antimicrobial peptide database as a tool for research and education, Nucleic Acids Research 44, D1087-D1093) mostrano che i peptidi antimicrobici possono presentare strutture diverse ed hanno come target una variet? di microorganismi. Inoltre, in molti casi, i peptidi tendono ad assumere la struttura cui ? associata l?attivit? solo dopo il contatto con le membrane cellulari. In base alla presenza o assenza di due elementi chiave della struttura secondaria (?-elica e ?foglietto), gli AMP sono comunemente divisi in quattro classi principali: (i) peptidi con struttura ?-elicoidale lineare, che rappresentano il gruppo pi? ampio e meglio studiato; (ii) peptidi con strutture estese lineari (prive di elementi ?-elica o ?-foglietto); (iii) peptidi contenenti ?foglietti e (iv) peptidi contenenti elementi ?-elica e ?-foglietto. Centinaia di sequenze diverse sono state identificate da fonti naturali ed ? stata prodotta una moltitudine di analoghi e derivati sintetici, le cui dimensioni e diversit? sono in continua espansione (Johannes Koehbach and David J. Craik. The Vast Structural Diversity of Antimicrobial Peptides, Trends in Pharmacological Sciences, July 2019, Vol.40, No.7). Appare quindi evidente che, ad oggi, non esiste una chiara relazione struttura/funzione per questa categoria di molecole antimicrobiche e che pertanto ? estremamente difficile prevederne l?attivit?.
La maggior parte degli AMP noti possiede dimensioni contenute, generalmente comprese fra 12 e 50 residui amminoacidi. Quelli di maggiore lunghezza, come la Nisina (34 aa) o LL37 (37 aa), sono almeno in parte strutturati, grazie anche alla catena amminoacidica pi? lunga.
Sebbene l?azione antibatterica della Nisina sia nota da decenni, il suo meccanismo di azione richiede ancora ulteriori indagini. Ci? pu? essere dovuto al fatto che la Nisina esplica la sua azione attraverso diversi meccanismi a seconda delle propriet? strutturali delle membrane dei batteri bersaglio. La Nisina ? di per s? attiva solo contro i batteri Gram positivi, tuttavia la sua combinazione con trattamenti destabilizzanti della membrana cellulare la rende attiva anche contro batteri Gram negativi (Sukrita Punyauppa-path, Parichat Phumkhachorn, Pongsak RattanachaikunsoponNISIN: PRODUCTION AND MECHANISM OF ANTIMICROBIAL ACTION, Int J Cur Res Rev | Vol 7 ? Issue 2 ? January 2015). Diversi studi mostrano che alcuni motifs strutturali della Nisina sono essenziali per la formazione del ?poro? nelle membrane batteriche, mentre altre porzioni del peptide contribuiscono all?azione battericida inibendo la sintesi della parete cellulare. Ci? dimostra che la Nisina possiede almeno due diversi meccanismi di azione nei confronti dei batteri (H Brotz and HG Sahl New insights into the mechanism of action of lantibiotics ? diverse biological effects by binding to the same molecular target, Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 2000, 461-6).
Anche LL-37 modula il suo meccanismo d?azione in base alla struttura dei diversi lipidi che formano la membrana cellulare: induce la formazione di pori nei doppi strati di fosfolipidi insaturi e interferisce con le funzioni di membrana in presenza di fosfolipidi saturi, producendo sovrastrutture fibrose peptidiche-lipidiche ricche di strutture ad ?-elica. (Mahdi Shahmiri, Marta Enciso, Christopher G. Adda, Brian J. Smith, Matthew A. Perugini & Adam Mechler Membrane Core-Specific Antimicrobial Action of Cathelicidin LL-37 Peptide Switches Between Pore and Nanofibre Formation, Scientific Reports volume 6, Article number: 38184 (2016).
Appare chiaro quindi che peptidi di dimensioni maggiori possano tendenzialmente presentare una maggiore variabilit? e complessit? di folding, in altre parole che essi hanno maggiore possibilit? di assumere svariate strutture secondarie anche in porzioni diverse della catena amminoacidica. Pertanto, ? estremamente difficile comprendere e controllare i meccanismi con cui un peptide con una sequenza amminoacidica pi? lunga sia in grado di esplicare la propria attivit? biologica, dal momento che le variabili che possono influenzarla e/o inficiarla sono pi? numerose. Inoltre, in caso di utilizzo di un peptide per la funzionalizzazione di una superficie polimerica attraverso un legame covalente, una sequenza amminoacidica pi? lunga aumenterebbe statisticamente i siti con cui il peptide pu? essere legato al materiale di interesse (PET; PVC; PL; ecc..) rendendo imprevedibili le conformazioni che la molecola pu? assumere dopo il legame (o i legami in pi? punti della sequenza) e di conseguenza anche le possibilit? di conservare l?attivit? antimicrobica.
D?altra parte, molecole di dimensioni ridotte si prestano meglio ad essere progettate e/o modificate mirando a conservare o ad amplificare una specifica attivit?. In aggiunta, le dimensioni ridotte di un peptide antimicrobico abbattono notevolmente i costi di sintesi e purificazione. Tuttavia, i peptidi antimicrobici di lunghezza inferiore hanno percentualmente una minore probabilit? di strutturarsi rispetto a quelli di lunghezza superiore ed ? quindi altrettanto difficile prevederne l?attivit? (Ralf Mikut, Serge Ruden, Markus Reischl, Frank Breitling, Rudolf Volkmer, Kai Hilpert. Improving short antimicrobial peptides despite elusive rules for activity Biochimica et Biophysica Acta 1858 (2016) 1024?1033).
Alla luce di quanto riportato, appare evidente l?esigenza di mettere a disposizione condotti tubolari, idonei all?impiego sia in campo alimentare che in campo medico, che siano funzionalizzati con agenti antimicrobici, in particolare di tipo peptidico, capaci si esplicare un?efficace attivit? antimicrobica su un ampio spettro di microrganismi, ivi inclusi batteri Gram negativi e Gram positivi, funghi e lieviti, e aventi eventualmente anche un?azione antivirale. Un?ulteriore esigenza ? che i suddetti peptidi antimicrobici presentino una catena amminoacidica di lunghezza contenuta, possibilmente inferiore rispetto a quella dei peptidi antimicrobici attualmente noti.
SINTESI DELL?INVENZIONE
Onde soddisfare queste ed altre esigenze, i presenti inventori hanno studiato diversi agenti antimicrobici adatti a funzionalizzare la superficie esterna e/o interna di condotti tubolari realizzati in vari materiali, quali ad esempio materiali polimerici, vetro e metalli, ed hanno trovato che i peptidi antimicrobici (AMP) sono particolarmente adatti a questo scopo. In questo contesto sono particolarmente preferiti i peptidi antimicrobici consistenti nella sequenza aminoacidica rappresentata dalla formula generale (I) descritta nel seguito, che possiedono un?attivit? antimicrobica ad ampio spettro e sono caratterizzati da una sequenza aminoacidica particolarmente corta.
Nell?esempio 1 della parte sperimentale che segue ? illustrata la sintesi del peptide RiLK1, rappresentativo dei peptidi di formula generale (I) impiegati nell?ambito della presente invenzione.
Negli esempi 2a e 2b, ? dimostrato che il peptide RiLK1 presenta una potente attivit? battericida sia nei confronti di batteri Gram negativi, quali S. thyphimurium ed E. coli, sia nei confronti di batteri Gram positivi, quali S. aureus e L. monocytogenes. Esso inoltre ha dimostrato di possedere una efficiente attivit? antimicrobica anche contro funghi e lieviti, quali Aspergillus brasiliensis e Candida albicans (esempio 2c).
L?esempio 3 mostra che RiLK1 ? in grado di legarsi alla superficie polimerica di una cannuccia costituita da materiale polimerico con una resa di legame del 17%, dando luogo ad una cannuccia funzionalizzata con agente antimicrobico. Inoltre, la cannuccia funzionalizzata posta in acqua per 24 ore rimane stabile senza che vi sia rilascio del peptide antimicrobico.
Come mostrato nell?esempio 4, la cannuccia costituita da materiale polimerico funzionalizzata con il peptide antimicrobico RiLK1 possiede attivit? battericida sia nei confronti di batteri Gram negativi, quali S. thyphimurium ed E. coli, sia nei confronti di batteri Gram positivi quali Staphylococcus aureus e L. monocytogenes.
Pertanto, un primo oggetto della presente invenzione ? un condotto tubolare comprendente una superficie esterna ed una superficie interna, caratterizzato dal fatto che almeno una porzione della superficie esterna e/o interna ? funzionalizzata con almeno un peptide antimicrobico, preferibilmente un peptide antimicrobico consistente nella formula (I) illustrata nel seguito. L?almeno un peptide antimicrobico ? legato covalentemente a gruppi reattivi presenti sulla superficie esterna e/o interna del condotto tubolare o, in alternativa, esso ? contenuto in un rivestimento ad essa adeso.
Un secondo oggetto della presente invenzione ? l?uso di un peptide antimicrobico, preferibilmente un peptide antimicrobico consistente nella formula (I), per la prevenzione della contaminazione di un condotto tubolare ad opera di batteri Gram negativi, batteri Gram positivi, funghi, lieviti e/o virus.
Un terzo oggetto della presente invenzione ? un contenitore, quale ad esempio una bottiglia, una borraccia o un barattolo, provvisto di una cannuccia rimovibile funzionalizzata con un peptide antimicrobico, preferibilmente un peptide antimicrobico consistente nella formula (I), la cui funzione ? quella di abbattere il rischio di contaminazioni con agenti patogeni. Pi? in particolare, la cannuccia rimovibile del contenitore dell?invenzione comprende una superficie esterna ed una superficie interna, in cui almeno una porzione della superficie esterna e/o interna ? funzionalizzata con almeno un peptide antimicrobico, preferibilmente un peptide antimicrobico di formula (I).
BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE
La Figura 1 mostra le curve dose-risposta ottenute con il peptide RiLK1 nei confronti di S. aureus (A), L. monocytogenes (B), S.
Thyphimurium (C) ed E. coli (D); sull?asse delle ascisse ? riportata la concentrazione del peptide (?M), sull?asse delle ordinate ? riportata la % di cellule che sopravvivono, come descritto nell?esempio 2a.
La Figure 2a, Figura 2b, Figura 2c e Figura 2d mostrano per ogni batterio testato, rispettivamente S. aureus, L. monocytogenes, S. Thyphimurium ed E. coli, (Nella figura 2c e 2d occorre correggere la dicitura relativa a S. Thyphimurium e E. coli) le immagini fotografiche di una piastra di controllo incubata con il batterio senza aggiunta di peptide RiLK1 (1), di una piastra incubata con il batterio e trattata con una concentrazione di peptide RiLK1 inferiore alla sua MBC (2), di una piastra incubata con il batterio e trattata con una concentrazione di peptide RiLK1 corrispondente alla sua MBC (3), come descritto nell?esempio 2b.
La Figura 3 mostra i tracciati cromatografici in fase inversa eseguiti su colonna C18 attraverso un sistema HPLC come descritto nell?esempio 3, del peptide RiLK1 presente nella composizione al tempo = zero (Tracciato A), e del peptide RiLK1 rimasto nella composizione al tempo =24 ore (Tracciato B). Il grafico rappresenta i valori di assorbanza del peptide RiLK1 a 280 nm in funzione del tempo di eluizione, misurato in minuti (min).
La Figura 4 mostra la riduzione % della carica batterica espressa attraverso CFU di una coltura liquida di E. coli (A), S.Thyphimurium (B), e L. monocytogenes (C) in cui ? stata inserita una cannuccia per 4, 6, 8 e 24 ore di contatto
La Figura 5 mostra la riduzione % della carica batterica espressa attraverso CFU di acqua di rubinetto contaminata con E. coli (A), S. Thyphimurium (B), e L. monocytogenes (C) con una concentrazione batterica di 150 CFU/mL in cui ? stata inserita una cannuccia per 4, 6, 8 e 24 ore di contatto.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE
Un primo oggetto della presente invenzione ? un condotto tubolare comprendente una superficie interna e una superficie esterna, caratterizzato dal fatto che almeno una porzione della superficie esterna e/o interna ? funzionalizzata con almeno un peptide antimicrobico.
In forme di realizzazione preferite, l?almeno un peptide antimicrobico ? legato covalentemente a gruppi reattivi presenti sulla almeno una porzione della superfice esterna e/o interna del condotto tubolare; in alternativa, l?almeno un peptide antimicrobico ? contenuto in un rivestimento adeso all?almeno una porzione della superficie esterna e/o interna del condotto tubolare.
In un?altra forma di realizzazione preferita, l?almeno un peptide antimicrobico consiste nella sequenza aminoacidica rappresentata dalla formula (I) qui di seguito illustrata:
X1LX2WVX3IWX4X5 (I)
in cui X1, X2, X3, X4 e X5 sono scelti indipendentemente uno dall?altro tra K e R, ed in cui ciascun aminoacido ? indipendentemente in configurazione D o L,
o un sale o un solvato dello stesso.
Va notato che tutte le sequenze di amminoacidi sono rappresentate nella presente descrizione mediante formule il cui orientamento da sinistra a destra ? nella direzione convenzionale, ossia dall'ammino-terminale al carbossi-terminale.
Secondo una forma di realizzazione preferita, gli aminoacidi nella formula (I) di cui sopra sono tutti in configurazione D o in configurazione L.
Secondo un?altra forma di realizzazione preferita, nella formula (I) di cui sopra almeno uno fra X1, X3, X4 e X5 ha il significato di R; pi? preferibilmente, X4 e X5 hanno il significato di R; ancor pi? preferibilmente, X3, X4 ed X5 hanno il significato di R; ancor pi? preferibilmente, X1, X3, X4 ed X5 hanno il significato di R.
In un?altra forma di realizzazione preferita, X2 ha il significato di K. In un?altra forma di realizzazione preferita, almeno uno fra X1, X3, X4 e X5 ha il significato di R e X2 ha il significato di K; pi? preferibilmente, X4 e X5 hanno il significato di R e X2 ha il significato di K; ancor pi? preferibilmente, X3, X4 e X5 hanno il significato di R e X2 ha il significato di K; ancor pi? preferibilmente, X1, X3, X4 ed X5 hanno il significato di R e X2 ha il significato di K.
Le seguenti sequenze aminoacidiche sono particolarmente preferite:
RLX2WVRIWX4X5, RLX2WVRIWRX5, RLX2WVRIWX4K, RLKX2WVRIWKK, X1LKWVX3IWRR, X1LKWVRIWRR, RLKWVX3IWRR, X1LRWVX3IWKK, X1LRWVKIWKK, KLRWVX3IWKK,
in cui X1, X2, X3, X4 e X5 sono scelti indipendentemente uno dall?altro tra K e R, ed in cui ciascun aminoacido ? indipendentemente in configurazione L o D.
Le seguenti sequenze aminoacidiche specifiche sono ulteriormente preferite:
RLKWVRIWRR (SEQ ID NO: 1), KLRWVRIWRR (SEQ ID NO: 2), RLRWVRIWRR (SEQ ID NO: 3), KLKWVRIWRR (SEQ ID NO: 4), RLKWVKIWRR (SEQ ID NO: 5), KLRWVKIWRR (SEQ ID NO: 6), RLRWVKIWRR (SEQ ID NO: 7), KLKWVKIWRR (SEQ ID NO: 8), RLKWVRIWKR (SEQ ID NO: 9), KLRWVRIWKR (SEQ ID NO: 10), RLRWVRIWKR (SEQ ID NO: 11), KLKWVRIWKR (SEQ ID NO: 12), RLKWVKIWKR (SEQ ID NO: 13), KLRWVKIWKR (SEQ ID NO: 14), RLRWVKIWKR (SEQ ID NO: 15), KLKWVKIWKR (SEQ ID NO: 16), RLKWVRIWRK (SEQ ID NO: 17), KLRWVRIWRK (SEQ ID NO: 18), RLRWVRIWRK (SEQ ID NO: 19), KLKWVRIWRK (SEQ ID NO: 20), RLKWVKIWRK (SEQ ID NO: 21), KLRWVKIWRK (SEQ ID NO: 22), RLRWVKIWRK (SEQ ID NO: 23), KLKWVKIWRK (SEQ ID NO: 24), RLKWVRIWKK (SEQ ID NO: 25), KLRWVRIWKK (SEQ ID NO: 26), RLRWVRIWKK (SEQ ID NO: 27), KLKWVRIWKK (SEQ ID NO: 28), RLKWVKIWKK (SEQ ID NO: 29), KLRWVKIWKK (SEQ ID NO: 30), RLRWVKIWKK (SEQ ID NO: 31), KLKWVKIWKK (SEQ ID NO: 32), in cui ciascun aminoacido ? indipendentemente in configurazione L o D.
Il peptide di sequenza SEQ ID NO: 1 ? quello indicato come ?RiLK1? nell?ambito della presente descrizione.
In una ulteriore forma di realizzazione preferita, l?almeno un peptide antimicrobico ? un peptide avente una sequenza aminoacidica scelta fra le sequenze SEQ ID NO: 1-663 di WO2015038339, ivi inclusi i loro gli analoghi, derivati ed enantiomeri, nonch? le loro varianti amidate e non amidate e le loro varianti conservative.
Nell?ambito della presente invenzione, con il termine ?solvato? o ?solvati? si intendono complessi dei peptidi dell?invenzione con i solventi in cui avviene la reazione di sintesi o in cui sono precipitati o cristallizzati. Ad esempio, un complesso con acqua ? conosciuto come un "idrato".
Sali e solvati idonei alle finalit? dell?invenzione sono quelli che non portano ad una modifica conformazionale o della stabilit? dei peptidi secondo l?invenzione e, pertanto, non interferiscono con la loro attivit? biologica.
Sali preferiti in accordo all?invenzione sono sali farmaceuticamente accettabili che non portano ad una modifica conformazionale o della stabilit? dei peptidi secondo l?invenzione. A titolo di esempi illustrativi e non limitativi, sali di addizione acida farmaceuticamente accettabili comprendono quelli formati con acidi cloridrico, bromidrico, acetico, fosforico, lattico, piruvico, acetico, trifluoroacetico, succinico, perclorico, fumarico, maleico, glicolico, lattico, salicilico, ossalacetico, metanesolfonico, etansolfonico, ptoluensolfonico, formico, benzoico, malonico, naftalen-2-solfonico, benzensolfonico e acidi isetionico. Altri acidi, come quello ossalico, pur non essendo di per s? farmaceuticamente accettabili, possono essere utili come intermedi per ottenere i peptidi dell'invenzione e i loro sali farmaceuticamente accettabili. Sali di basi, ritenuti accettabili comprendono i sali di ammonio, sali di metalli alcalino, ad esempio sali di potassio e sodio, sali di metalli alcalino terrosi, ad esempio sali di calcio e magnesio e sali con basi organiche, ad esempio dicicloesilammina e N-metil-D-glucosamina.
Preferibilmente, secondo l?invenzione, il condotto tubolare ? una cannuccia o un tubo medico; pi? preferibilmente esso ? una cannuccia integrata in e facoltativamente rimovibile da un contenitore, come per esempio una bottiglia, una borraccia o un barattolo.
In una forma di realizzazione preferita, il condotto tubolare ? una cannuccia per cibi o bevande alimentari.
Preferibilmente, in accordo all?invenzione, il numero di moli dell?almeno un peptide antimicrobico che sono presenti sulla almeno una porzione della superficie esterna e/o interna del condotto tubolare ? compreso tra 1 e 10 nmol x cm<2 >di superficie, pi? preferibilmente tra 1,5 e 3 nmol x cm<2 >di superficie.
In accordo all?invenzione, il materiale del condotto tubolare ? preferibilmente un polimero; idonei polimeri sono, a titolo di esempio illustrativo e non limitativo, copolimeri a blocchi di stirene, miscele di poliolefine, miscele elastomeriche, poliuretani termoplastici, copoliesteri termoplastci, poliammidi termoplastiche, polipropilene, polietilene, polietilene ad alta densit?, polietilene a bassa densit?, polietilene tereftalato, poli-1,4 cicloesanedimetilene tereftalato, polietilene 2,6 naftalato dibenzoato, poliolefina, poliviniliden fluoruro, polietilene 2,6 naftalato, acrilonitrile butadiene stirene, polvinilcloruro, ammide polietere a blocchi, polimeri biodegradabili, e loro miscele. Pi? preferibilmente il materiale polimerico ? un polimero biodegradabile come per esempio acido polilattico (PLA), polibutileneadipato-cotereftalato (PBAT), policaprolattone (PCL), amido modificato (MaterBi?) o acido poliglicolico, (PGA), polibutilene succinato (PBS), poli-idrossi alcanoati (PHA) (famiglia dei materiali MaterBi?), e loro miscele. Ancora pi? preferibilmente il materiale polimerico ? acido polilattico.
I presenti inventori hanno studiato diversi tipi di polimeri e hanno trovato che il PLA ? particolarmente adatto ad essere funzionalizzato in accordo allo scopo della presente invenzione. Il PLA ? un polimero termoplastico appartenente alla famiglia dei poliesteri alifatici, con propriet? simili a quelle del polietilentereftalato (PET). Esso ? derivato dallo zucchero, quindi ? un prodotto derivato da risorse naturali al 100% ed ? quindi a zero impatto ambientale. Il PLA ? facilmente processabile con macchine convenzionali per termoformatura ed estrusione singola o biassiale di film in materiale polimerico, per iniezione e per schiumatura. Il PLA ? biodegradabile e compostabile al 100%. Il PLA ? stabile a condizioni ambientali standard (20?C, 1Atm), viene degradato mediante idrolisi a temperature superiori a 65?C e umidit? superiore al 20%, per cui i tempi di biodegradazione possono variare considerevolmente in dipendenza dalle condizioni ambientali. A 65?C e 95% di umidit?, che rappresentano le condizioni standard di una normale stazione di compostaggio, i prodotti a base di PLA vengono degradati in circa 50 giorni. Se abbandonati sul terreno, i prodotti a base di PLA degradano in 15 mesi, in 24 mesi se bruciati, in 48 mesi se posti in acqua.
Preferibilmente, il condotto tubolare secondo l?invenzione ? una cannuccia o un tubo medico costituito da PLA; pi? preferibilmente, ? una cannuccia costituita da PLA integrata in e facoltativamente rimovibile da un contenitore, per esempio una bottiglia, una borraccia o un barattolo.
Come indicato in precedenza, una forma di realizzazione dell?invenzione ? quella in cui l?almeno un peptide antimicrobico ? legato covalentemente a gruppi reattivi presenti sull?almeno una porzione della superficie esterna e/o interna del condotto tubolare.
In tal caso, l?ammino gruppo N-terminale del peptide viene legato covalentemente ad almeno un gruppo chimico presente sull?almeno una porzione della superficie esterna e/o interna del condotto tubolare, detto almeno un gruppo chimico essendo preferibilmente scelto tra gruppo carbossilico, radicale idrossilico eccitato, gruppo alcossilico attivato o gruppo aldeidico o chetonico attivato.
I presenti inventori hanno infatti trovato che quando il gruppo N-terminale del peptide ? legato covalentemente a gruppi chimici presenti sulla superficie del condotto tubolare, l?attivit? battericida ? mantenuta nonostante la conformazione bloccata del peptide, e che tale attivit? battericida permane stabile per lunghi periodi di tempo.
Tecniche per eseguire il legame di peptidi a supporti solidi sono note all?esperto del ramo e variano a seconda del materiale utilizzato. Tra i metodi di funzionalizzazione delle superfici quelli prevalentemente utilizzati sono di tipo chimico o fisico.
Ad esempio, nel caso di materiali aventi superfici in metallo (oro, argento platino) o semiconduttori (titanio, zinco, stagno, zirconio, germanio), pu? essere utilizzato un processo di silanizzazione. Questo prevede, ad esempio, la reazione con il materiale da trattare di una miscela di acido solforico (H2SO4) e perossido di ossigeno (H2O2), che sono in grado di attivare le suddette superfici con la creazione di legami di atomi di superficie e gruppi ossidrili (-OH) facilmente sostituibili da legami pi? stabili quali Si-C o Au-S. Le superfici attivate possono legare covalentemente i peptidi di interesse in seguito al trattamento con un agente silanizzante, come l?aminopropildimetiletossisilano o l?aminopropiltritossisilano, e con un composto che presenta due gruppi funzionali in grado di formare il legame covalente peptidico con i gruppi amminici del peptide, quale la gluteraldeide o il bis-succininimmide. Questi trattamenti sono tipici della chimica delle soluzioni acquose e per questo sono chiamati processi ad umido, vantaggiosi perch? non richiedono attrezzature tecnologiche particolari ma limitate a materiali preferibilmente rigidi che possano essere bagnati ed asciugati senza difficolt?.
Nel caso di superfici plastiche o polimeriche, queste possono essere attivate per agganciare i peptidi di interesse applicando processi sia ad umido, come quelli descritti sopra, sia processi a secco.
L?attivazione a umido, tipica della chimica delle soluzioni acquose, ? generalmente vantaggiosa perch? non richiede attrezzature tecnologiche particolari, ma ? limitata a materiali preferibilmente rigidi che possano essere bagnati ed asciugati senza difficolt?. Successivamente la superficie attivata viene fatta reagire con un agente silanizzante, come l?amminopropildimetiletossisilano o l?amminopropiltritossisilano, e con un composto che presenta due gruppi funzionali in grado di formare il legame covalente peptidico con i gruppi amminici del peptide, quali la glutaraldeide o il bissuccinimmide.
L?attivazione a secco ? basata sull?interazione della superficie da trattare con una radiazione elettromagnetica, ad esempio mediante laser, radiazione ultravioletta, raggi gamma, o con gas ionizzato (plasma gassoso). L'interazione della superficie di un polimero con radiazioni elettromagnetiche provoca attivazione superficiale permettendo la successiva modifica chimica della superficie stessa. Analogo principio di funzionamento vale anche per l?attivazione delle superfici polimeriche mediante trattamento con plasma gassoso. Questo procedimento ? particolarmente vantaggioso in quanto, essendo il plasma freddo, la temperatura del materiale trattato non raggiunge valori elevati rispetto alla temperatura ambiente. Questo metodo richiede bassa pressione (0,1-100 Pa) e la presenza di un gas di lavoro (usualmente N2, O2 o Ar, CF4). [Hegemann, Dirk, Herwig Brunner, and Christian Oehr. "Plasma treatment of polymers for surface and adhesion improvement." Nuclear instruments and methods in physics research section B: Beam interactions with materials and atoms 208 (2003): 281-286].
Come indicato in precedenza, un?ulteriore forma di realizzazione dell?invenzione ? quella in cui l?almeno un peptide antimicrobico ? contenuto in un rivestimento adeso su almeno una porzione della superficie esterna e/o interna del condotto tubolare.
In tal caso, il procedimento di funzionalizzazione prevede la deposizione di una composizione antimicrobica liquida contenente il peptide antimicrobico sulla porzione di superficie del condotto tubolare, dopodich? la composizione antimicrobica liquida viene lasciata essiccare. La composizione antimicrobica liquida pu? comprendere opzionalmente agenti filmogeni che formano un film sulla superficie del condotto antimicrobico, il quale film che favorisce la permanenza del peptide sulla superficie. Pertanto, il suddetto rivestimento pu? comprendere un polimero filmogeno.
Preferibilmente, la concentrazione dell?almeno un peptide antimicrobico nella composizione antimicrobica liquida ? compresa tra 10 e 100 ?M, pi? preferibilmente tra 20 e 80 ?M, tra 30 e 60 ?M, tra 40 e 60 ?M.
Preferibilmente, il tempo di incubazione del condotto tubolare nella composizione antimicrobica liquida contenente l?almeno un peptide antimicrobico ? compreso tra 18 e 36 ore, pi? preferibilmente compreso tra 20 e 30 ore.
Come indicato in precedenza, le caratteristiche del condotto tubolare secondo l?invenzione sono idonee a prevenire la contaminazione da parte di batteri Gram negativi, Gram positivi, funghi, lieviti e/o virus.
Un secondo oggetto della presente invenzione ? quindi l?uso di un peptide antimicrobico come definito in precedenza per la prevenzione della contaminazione di un condotto tubolare ad opera di batteri Gram negativi, Gram positivi, funghi, lieviti e/o virus.
In questo contesto, i batteri Gram negativi sono preferibilmente scelti nel gruppo che consiste di Campilobacter, come per esempio Campylobacter coli, Campylobacter concisus, Campylobacter jejuni, Campylobacter C. rectus; Arcobacter, come per esempio Arcobacter butzleri, Arcobacter cryaerophilus; Citrobacter, come per esempio Citrobacter amalonaticus, Citrobacter braakii, Citrobacter farmeri, Citrobacter freundii, Citrobacter gillenii, Citrobacter koseri; Enterobacter, come per esempio Enterobacter aerogenes, Enterobacter agglomerans, Enterobacter cloacae, Enterobacter cowanii, Enterobacter gergoviae; Escherichia, come per esempio Escherichia coli; Klebsiella; Morganella, come per esempio Morganella Morganii; Proteus, come per esempio Proteus vulgaris, Proteus mirabilis; Shigella come per esempio Shigella dysenteriae; Salmonella come per esempio Salmonella typhi, Salmonella Typhimurium; Yersinia, come per esempio Yersinia pestis, Yersinia pseudotuberculosis, Yersinia enterocolitica; Serratia marcescens; Aerobacter aerogenes; Enterobacter sakazakii; Acinetobacter, come per esempio Acinetobacter baumannii, Acinetobacter beijerinckii, Acinetobacter bereziniae, Acinetobacter boissieri; Moraxella, come per esempio Moraxella catarrhalis (sinonimo Branhamella catarrhalis); Neisseria, come per esempio Neisseria meningitidis; Haemophilus, come per esempio Haemophilus influenzae; Pasteurella, come per esempio Pasteurella multocida; Pseudomonas, come per esempio Pseudomonas aeruginosa; Vibrio, come per esempio Vibrio cholerae, Vibrio fischeri, Stenotrophomonas maltophilia e loro combinazioni. Pi? preferibilmente, i batteri Gram negativi sono scelti tra Salmonella thyphimurium ed Escherichia coli.
I batteri Gram positivi sono preferibilmente scelti nel gruppo che consiste di Actinobacteria, come per esempio Tropheryma whipplei; Bacillus; Carnobacterium; Clostridium; Corynebacterium diphtheria; Enterococcus, come per esempio Enterococcus faecalis; Gardnerella vaginalis; Lactobacillus; Lactococcus; Listeria, come per esempio Listeria monocytogenes; Micrococcus; Staphylococcus, come per esempio Staphylococcus aureus; Streptococcus, come per esempio Streptococcus agalactiae, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes, Streptococcus viridans e loro combinazioni. Pi? preferibilmente, i batteri Gram positivi sono scelti tra Listeria monocytogenes e Staphylococcus aureus.
I funghi sono preferibilmente Aspergillus brasiliensis e i lieviti sono preferibilmente Candida albicans.
I virus sono preferibilmente virus dotati di capside e di un ulteriore rivestimento chiamato pericapside; essi possono essere sia virus a DNA che virus a RNA. Preferibilmente il virus ? un adenovirus, papilloma virus (HPV), virus erpetico, coronavirus, virus influenzale, citomegalovirus (CMV), virus HIV o virus Ebola.
Gli esempi che seguono sono forniti a puro titolo illustrativo e non limitativo della portata dell?invenzione, come definita nelle annesse rivendicazioni.
ESEMPI
Esempio 1 ? Sintesi del peptide RiLK1
Il peptide RiLK1 avente sequenza RLKWVRIWRR (SEQ ID NO: 1) ? stato sintetizzato mediante sintesi peptidica in fase solida utilizzando il gruppo protettivo Fluorometossicarbonile (Fmoc).
? stato utilizzato come supporto solido la resina Rink-Amide MBHA con un grado di sostituzione di 0.5 mmol/g. La resina ? dotata di un ?linker? che fornisce un legame ammidico e rilascia il peptide ammidato al C-terminale.
Al termine della sintesi il gruppo protettivo ? stato rimosso tramite trattamento con una soluzione di 40% (v/v) piperidina in DMF mentre il distacco dalla resina e la rimozione dei gruppi protettori sulle catene laterali degli amminoacidi ? stato ottenuto mediante trattamento con soluzione acida composta da 95% acido trifluoroacetico, 2.5% Triisopropilsilano) e 2.5% H2O (v/v/v).
Dopo il distacco dal supporto solido il peptide ? stato precipitato in etere etilico freddo, a -20 ?C. Per recuperare il precipitato il campione ? stato centrifugato a 3500 rpm per 5 minuti. Il precipitato ? stato sciolto in una miscela di CH3CN/H2O (95:5), congelato e liofilizzato.
Esempio 2 ? Analisi dell?attivit? battericida di RiLK1
Esempio 2a - valutazione della concentrazione in grado di inibire il 50% della crescita batterica (IC50)
L'attivit? battericida dei peptidi RiLK1 ? stata valutata sia contro batteri patogeni Gram positivi (Listeria monocytogenes LM2 e Staphilococcus aureus) che Gram negativi (Salmonella typhimurium ed Escherichia coli).
Per le quattro specie batteriche scelte sono stati utilizzati ceppi certificati e caratterizzati, indicati nelle successive Tabelle 1 e 2.
La valutazione della concentrazione dei peptidi RiLK1 in grado di inibire il 50% della crescita batterica (IC50) ? stata effettuata con il saggio delle micro-diluizioni del brodo secondo quanto descritto in Wang HX e Ng TB (2003, Peptides 24:969?972).
Le deviazioni standard sono state ottenute da esperimenti in triplicato per ogni diluizione di peptide e la valutazione IC50, sono state determinate usando GraphPad Prism versione 6.00 (Graph-Pad Software, La Jolla California USA)
Tutti i saggi di attivit? battericida sono stati effettuati usando di 2-3 log CFU (Unit? Formanti Colonie), che rappresenta una approssimazione realistica dei livelli di contaminazione che possono essere contenuti nei condotti tubolari per uso alimentare o medico. Staphylococcus aureus
? stata preparata una sospensione madre controllo in cui 10<3 >CFU di S. aureus sono state inoculate in 10 ml di BPW. Sono state poi preparate soluzioni madre 5 mM dei peptidi RiLK1 ed eseguite diluizioni in serie (da 100 a 1 ?M) in BPW, che sono state inoculate con 10<3 >CFU di S. aureus e incubate per 6 ore a 37 ?C. Parallelamente sono stati preparati campioni di controllo trattati allo stesso modo ma senza l?aggiunta dei peptidi.
50 ?l of ogni sospensione batterica sono stati versati su piastre di petri con agar di sangue o agar di fibrinogeno da plasma di coniglio e incubati per 20 ore a 37 ?C.
In tutte le condizioni sperimentali investigate, ? stato usato il metodo di conta delle piastre per stimare l?attivit? battericida dei peptidi. Specificamente, ? stato contato e confrontato il numero di colonie cresciute su piastre con agar seminate con le sospensioni batteriche in assenza o in presenza delle singole diluizioni di peptidi. Le deviazioni standard sono state determinate usando software statistici.
Listeria monocytogenes
? stata preparata una sospensione madre controllo in cui 10<3 >CFU di L. monocytogenes ? stata inoculata in 10 ml di Half Fraser Broth e sono state eseguite diluizioni in serie (da 100 a 0.01 ?M) della sospensione. Sono state poi preparate soluzioni madre 5 mM dei peptidi in DMSO e sono state eseguite diluizioni in serie (da 100 a 0.01 ?M) in Fraser Broth, che sono state inoculate con 10<3 >CFU di L. monocytogenes e incubate per 6 ore a 37 ?C. Parallelamente sono stati preparati campioni di controllo trattati allo stesso modo ma senza l?aggiunta dei peptidi. 50 ?l of di ogni sospensione batterica ? stata seminata in differenti piastre di coltura: agar sangue e ALOA (Oxoid, Basingstoke, UK), che sono quindi state incubate per 24-48 ore a 37 ?C. Ogni serie di diluizioni includeva piastre di controllo inoculate con DMSO senza il peptide e piastre di controllo con i soli batteri.
Salmonella typhimurium
? stata preparata una sospensione madre controllo in cui 10<3 >CFU di S. typhimurium sono state inoculate in 10 ml di BPW (Oxoid, Basingstoke, UK). Sono state poi preparate soluzioni madre 5 mM dei peptidi ed eseguite diluizioni in serie (da 100 a 1 ?M) in BPW, inoculate con 10<3 >CFU S. typhimurium e incubate per 6 ore a 37 ?C. 50 ?l of ogni sospensione batterica ? stata seminata in piastre di Petri con agar di sangue o agar cromogenico (Oxoid, Basingstoke, UK) e incubati per 20 ore a 37 ?C. Ogni serie di diluizioni includeva piastre di controllo inoculate con DMSO senza il peptide e piastre di controllo con i soli batteri.
Escherichia coli
? stata preparata una sospensione madre controllo in cui 10<3 >CFU di E. coli sono state inoculate in 10 ml di BPW (Oxoid, Basingstoke, UK). Sono state poi preparate soluzioni madre 5 mM dei peptidi ed eseguite diluizioni in serie (da 100 a 1 ?M) in BPW, inoculate con 103 CFU E. coli e incubate per 6 ore a 37 ?C. 50 ?l of ogni sospensione batterica ? stata seminata in piastre di petri con agar di sangue o agar cromogenico (Oxoid, Basingstoke, UK) e incubati per 20 ore a 37 ?C. Ogni serie di diluizioni includeva piastre di controllo inoculate con DMSO senza il peptide e piastre di controllo con i soli batteri.
La Figura 1 rappresenta la curva dose-risposta ottenuta con il peptide RiLK1 nei confronti di S. aureus (A), L. monocytogenes (B), S. thyphimurium (C), e Escherichia coli (D).
Sulla base delle curve dose-risposta ottenute sono stati determinati i valori di IC50 (concentrazione di peptide in grado di inibire il 50% della crescita batterica) verso i ceppi batterici sopra citati. I dati riportati in Tabella 1 evidenziano che per il peptide RiLK1 si osserva una potente attivit? battericida nei confronti di tutti i batteri testati (IC50 < 2 ?M); in particolare si osserva pi? potente attivit? battericida nei confronti di S. thyphimurium, E. coli e L. monocytogenes (IC50 < 1,5 ?M) e ancora pi? potente attivit? battericida nei confronti di L. monocytogenes (IC500,46 ?M).
Tabella 1
Esempio 2b ? valutazione della concentrazione battericida minima (MBC)
La valutazione della concentrazione battericida minima (MBC) ovvero la pi? bassa concentrazione di agente antimicrobico in grado di inibire del 99,9% la crescita batterica in piastra ? stata effettuata secondo quanto descritto in B?likova et al, (2015, Peptides 68:190? 196).
I dati riportati nella successiva Tabella 2 evidenziano che il peptide RiLK1 possiede una potente attivit? battericida nei confronti di tutti i batteri testati (MBC < 20 ?M); in particolare si osserva pi? potente attivit? batterici nei confronti di L. monocytogenes, S. thyphimurium ed E. coli (MBC < 5 ?M) e ancora pi? potente attivit? battericida nei confronti di L. monocytogenes e E. coli (MBC 2 ?M).
Tabella 2
Le immagini della Figura 2a rappresentano immagini fotografiche (1) della piastra di controllo incubata con S. aureus senza aggiunta di peptide RiLK1, (2) della piastra incubata con S. aureus e trattata con 2 ?M di peptide RiLK1, (3) della piastra incubata con S. aureus e trattata con 16 ?M di peptide RiLK1 da cui si evince che alla concentrazione di 16 ?M tale peptide ? grado di inibire pressoch? il 100% della crescita batterica.
Le immagini della Figura 2b rappresentano immagini fotografiche (1) della piastra di controllo incubata con L. monocytogenes senza aggiunta di peptide RiLK1, (2) della piastra incubata con L. monocytogenes e trattata con 0,8 ?M di peptide RiLK1, (3) della piastra incubata con L. monocytogenes e trattata con 2 ?M di peptide RiLK1 da cui si evince che alla concentrazione di 2 ?M tale peptide ? grado di inibire pressoch? il 100% della crescita batterica.
Le immagini della Figura 2c rappresentano immagini fotografiche (1) della piastra di controllo incubata con S. typhymurium senza aggiunta di peptide RiLK1, (2) della piastra incubata con S. typhymurium trattata con 0,8 ?M di peptide RiLK1, (3) della piastra incubata con S. typhymurium e trattata con 2 ?M di peptide RiLK1 da cui si evince che alla concentrazione di 2 ?M tale peptide ? grado di inibire pressoch? il 100% della crescita batterica.
Le immagini della Figura 2d rappresentano immagini fotografiche (1) della piastra di controllo incubata con E. coli senza aggiunta di peptide RiLK1, (2) della piastra incubata con E. coli e trattata con 0,8 ?M di peptide RiLK1, (3) della piastra incubata con E. coli e trattata con 2 ?M di peptide RiLK1 da cui si evince che alla concentrazione di 2 ?M tale peptide ? grado di inibire pressoch? il 100% della crescita batterica.
Esempio 2c ? Analisi di attivit? contro funghi e lieviti Valutazione della concentrazione di peptide RiLK1 in grado di inibire la crescita del fungo Aspergillus brasiliensis
L'attivit? antifungina del peptide RiLK1 ? stata determinata nei confronti di Aspergillus brasiliensis. A tal fine, ? stata preparata una coltura madre in cui 105 CFU di A. brasiliensis sono state inoculate in 10 ml di acqua peptonata tamponata. Per questa specie fungina ? stato utilizzato un ceppo di riferimento (ATCC 9341). La coltura ? stata incubata per 6 h a 37 ?C con il peptide RiLK1 a concentrazioni di 25 ?M.
Parallelamente, sono stati incubati campioni controllo senza l?aggiunta del peptide. 100 ?l dei campioni cos? preparati sono stati seminati su piastre di DG18 (Dichloran 18% Glycerol Agar - ISO 21527-2) ed incubati a 25?C per 7gg.
In tutte le condizioni sperimentali investigate, ? stato usato il metodo di conta delle piastre per stimare l?attivit? fungicida del peptide. Specificamente, ? stato contato e confrontato il numero di colonie cresciute su piastre con agar seminate con le sospensioni fungine in assenza o in presenza delle singole diluizioni di peptide. Le deviazioni standard delle incubazioni in triplicato di ogni piastra sono state determinate usando software statistici. La valutazione della Minimal Fungicidal Concentration (MFC) ovvero la concentrazione pi? bassa di agente antifungino in grado di inibire del 99,9% la crescita fungina in piastra ? stata effettuata secondo quanto descritto in B?likova et al, (2015, Peptides 68:190?196).
Il peptide RiLK1 possiede una potente attivit? fungicida nei confronti del fungo testato con un valore di MFC minore o uguale di 25 ?M. ? da evidenziare che nei confronti dello stesso fungo e nelle stesse condizioni sperimentali il peptide IDR-1018-K6 (oggetto del brevetto WO2019012158) non risulta attivo con una riduzione dopo trattamento della carica fungina di 0 Log rispetto alla riduzione significativa indotta da RiLK1 (5 Log di riduzione)
Valutazione della concentrazione di peptide RiLK1 in grado di inibire la crescita del lievito Candida albicans
L'attivit? inibente del peptide RiLK1 ? stata determinata nei confronti del lievito Candida albicans. ? stata preparata una coltura madre in cui 105 CFU di C. albicans sono state inoculate in 10 ml di acqua peptonata tamponata. Per questa specie ? stato utilizzato un ceppo di riferimento (ATCC 14053). La coltura ? stata incubata per 6 h a 37 ?C con il peptide RiLK1 a concentrazioni di 25 ?M. Parallelamente, sono stati incubati campioni controllo senza l?aggiunta del peptide. 100 ?l dei campioni cos? preparati sono stati seminati su piastre di DG18 (Dichloran 18% Glycerol Agar - ISO 21527-2) ed incubati a 25 ?C per 7 gg.
In tutte le condizioni sperimentali investigate, ? stato usato il metodo di conta delle piastre per stimare l?attivit? antimicotica del peptide. Specificamente, ? stato contato e confrontato il numero di colonie cresciute su piastre con agar seminate con le colture in assenza o in presenza delle singole diluizioni di peptide. Le deviazioni standard delle incubazioni in triplicato di ogni piastra sono state determinate usando software statistici. La valutazione della Minimal Fungicidal Concentration (MFC) ovvero la concentrazione pi? bassa di agente antifungino in grado di inibire del 99,9% la crescita fungina in piastra ? stata effettuata secondo quanto descritto in B?likova et al, (2015, Peptides 68:190?196)
Il peptide RiLK1 possiede una potente attivit? antimicotica nei confronti di C. albicans con un valore di MFC minore o uguale di 25 ?M. ? da evidenziare che, come mostrato in Tabella 3, nei confronti dello stesso fungo e nelle stesse condizioni sperimentali il peptide IDR-1018-K6 (oggetto del brevetto WO2019012158) risulta poco efficiente con una riduzione dopo trattamento della carica fungina di 1.0 Log rispetto alla riduzione significativa indotta da RiLK1 (5 Log di riduzione).
Tabella 3
Esempio 3 ? Funzionalizzazione delle cannucce col peptide antimicrobico
Cannucce di acido polilattico (PLA) preparate mediante estrusione con una apparecchiatura Hangzhou Depai Machinery Co., Ltd. sono state funzionalizzate con il peptide RiLK1 preparato nell?esempio 1. Specificamente, dapprima le cannucce sono state attivate a secco mediante trattamento al plasma (50-100 W per 5 min) utilizzando un plasma ad ossigeno (Atmospheric Plasma Surface Treatment Machine with Three Rotary Nozzles ? Shenzhen Fangrui Technology Co., Ltd.) e successivamente incubate per 24 ore in una soluzione di RiLK1, avente una concentrazione pari a 50 ?M. Alla fine del processo, il peptide risultava legato covalentemente a gruppi reattivi presenti sulle superfici della cannuccia di acido polilattico.
In Figura 3 sono riportati i tracciati di cromatografie in fase inversa eseguite su colonna C18 utilizzando un sistema HPLC. Il tracciato A mostra il picco di assorbimento del peptide RiLK1 presente nella composizione al tempo = zero, vale a dire prima dell?incubazione della cannuccia di acido polilattico attivata. Il tracciato B mostra il picco di assorbimento del peptide RiLK1 rimasto nella composizione al tempo =24 ore, vale a dire dopo 24 ore di incubazione della cannuccia. Trascorse 24 ore di incubazione, ? stato possibile stimare una resa di legame del peptide RiLK1 alla cannuccia, che ? risultata essere pari al 17%. Conoscendo l?area della superficie della cannuccia funzionalizzata corrispondente a 11,304 cm<2>, ? stato calcolato il numero di moli di peptide leganti la superficie, che risulta essere pari a 2,25 nmol x cm<2 >di cannuccia.
La cromatografia in fase inversa eseguita su colonna C18 attraverso un sistema HPLC dopo aver posto le cannucce funzionalizzate con il peptide RiLK1 in acqua per 24 ore, ha mostrato la totale mancanza di rilascio del peptide nell?acqua.
Esempio 4 ? Analisi dell?attivit? battericida delle cannucce funzionalizzate col peptide antimicrobico
Le cannucce funzionalizzate come descritto nell?esempio 3, sono state testate contro E. coli (A), S. thyphimurium (B) e L. monocytogenes (C), partendo da un valore pari a 10<1 >? 10<2 >CFU (Unit? Formanti Colonia); l?efficacia ? stata valutata a 4, 6, 8 e 24 ore.
Nel grafico della Figura 5, ? riportato il caso in cui la cannuccia ? stata inserita in un brodo di coltura, con una media di 10-100 CFU/ml. Si osserva che fino a 4 ore non c?? nessuna riduzione di CFU, essendo ancora troppo bassa la concentrazione degli agenti patogeni. A 6 ore la cannuccia funzionalizzata svolge la sua azione antibatterica contro E. coli (100% riduzione), S.thyphimurium (99% riduzione) e L. monocytogenes (73% riduzione). Fino a 6 ore la cannuccia funzionalizzata svolge ancora la sua azione antibatterica contro E. coli (25% riduzione). Dopo 6 ore, a 8 e 24 ore l?attivit? battericida della cannuccia ? nulla contro S. thyphimurium e L. monocytogenes.
Nel grafico della Figura 6, ? riportato il caso reale, in cui la cannuccia ? inserita in acqua potabile, contaminata con agenti patogeni 15-150 CFU/ml.
In questo caso, non essendo il liquido un brodo di coltura, la crescita del patogeno ? molto pi? contenuta, e la cannuccia funzionalizzata svolge un?attivit? battericida fino a 24 ore contro S. thyphimurium (95% riduzione) e L. monocytogenes (99% riduzione), fino a 8 ore contro E. coli (81,5% riduzione). A tale proposito, va considerato il fatto che, nel caso in cui la cannuccia sia integrata in un contenitore, bottiglia o borraccia utilizzata per bere acqua, tale contenitore ? in genere svuotato e/o sostituito entro 8/12 ore.
Dai dati sopra riportati, inoltre, si evince che la cannuccia funzionalizzata ? un dispositivo in grado sanitizzare l?acqua abbattendo la Listeria e la Salmonella contro i quali continua ad agire anche dopo 24 ore.
Come mostrato dai dati riportati rispettivamente negli esempi 2a e 2b, il peptide RiLK1 rappresentativo dei peptidi utilizzati nella presente invenzione, presenta una potente attivit? battericida nei confronti di tutti i batteri testati (IC50 < 2 ?M; MBC < 20 ?M).
Come mostrato nell?esempio 3, il peptide RiLK1 rappresentativo dei peptidi utilizzati nella presente invenzione ? in grado di legarsi alla superficie polimerica di una cannuccia di PLA con una resa di legame del 17%, dando luogo ad una cannuccia polimerica funzionalizzata con peptide antimicrobico; la cannuccia funzionalizzata posta in acqua per 24 ore rimane stabile senza che vi sia rilascio del peptide antimicrobico.
Come mostrato nell?esempio 4, la cannuccia di PLA funzionalizzata con il peptide antimicrobico RiLK1 e inserita in acqua potabile contaminata con agenti patogeni, possiede attivit? battericida sia nei confronti di batteri Gram negativi quali S. Thyphimurium ed E. coli sia nei confronti di batteri Gram positivi quali L. monocytogenes. In particolare, la cannuccia funzionalizzata svolge un?attivit? battericida fino a 24 ore contro S. thyphimurium (95% riduzione) e L. monocytogenes (99% riduzione), fino a 8 ore contro E. coli (81,5% riduzione).
Complessivamente i dati sperimentali sopra riportati dimostrano che condotti tubolari in materiale polimerico la cui superficie esterna e/o interna ? funzionalizzata con gli specifici peptidi antimicrobici utilizzati nell?invenzione sono particolarmente adatti ad essere utilizzati sia in campo alimentare che medico per la prevenzione della contaminazione da batteri Gram negativi e/o Gram positivi.
La funzionalizzazione con gli specifici peptidi antimicrobici utilizzati nell?invenzione quindi trova utile impiego per esempio nella prevenzione di contaminazione sulla superficie di cannucce, preferibilmente sulla superficie di cannucce integrate in e facoltativamente rimovibili da bottiglie, sia in campo alimentare che medico.
La funzionalizzazione con gli specifici peptidi antimicrobici utilizzati nell?invenzione trova utile impiego anche nella sanitizzazione di cibi liquidi o bevande, per esempio acqua, che passano attraverso cannucce, preferibilmente attraverso cannucce integrate in e facoltativamente rimovibili da bottiglie.
I peptidi antimicrobici utilizzati nell?invenzione presentano gli ulteriori vantaggi di interagire in maniera selettiva con il doppio strato lipidico della membrana batterica causando la morte dei microrganismi e di non selezionano facilmente i mutanti e non inducono fenomeni di antibiotico-resistenza.
Il polimero utilizzato nell?invenzione presenta gli ulteriori vantaggi di essere derivato da risorse naturali al 100% e pertanto essere a zero impatto ambientale ed essere biodegradabile e compostabile al 100%.
Claims (12)
- RIVENDICAZIONI 1. Condotto tubolare comprendente una superficie esterna ed una superficie interna, caratterizzato dal fatto che almeno una porzione della superficie esterna e/o interna ? funzionalizzata con almeno un peptide antimicrobico.
- 2. Condotto tubolare secondo la rivendicazione 1, in cui l?almeno un peptide antimicrobico ? legato covalentemente a gruppi reattivi presenti sulla superficie esterna e/o interna del condotto tubolare oppure ? contenuto in un rivestimento ad essa adeso.
- 3. Condotto tubolare secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l?almeno un peptide antimicrobico consiste nella sequenza aminoacidica avente la seguente formula generale:in cui X1, X2, X3, X4 e X5 sono scelti indipendentemente uno dall?altro tra K e R, ed in cui ciascun aminoacido ? indipendentemente in configurazione L o D, o un sale o solvato dello stesso.
- 4. Condotto tubolare secondo la rivendicazione 3, in cui almeno uno fra X1, X3, X4 e X5 ha il significato di R; pi? preferibilmente X4 ed X5 hanno il significato di R; ancor pi? preferibilmente X3, X4 ed X5 hanno il significato di R; ancor pi? preferibilmente X1, X3, X4 ed X5 hanno il significato di R; e/o X2 ha il significato di K.
- 5. Condotto tubolare secondo la rivendicazione 3, in cui l?almeno un peptide antimicrobico consiste in una sequenza aminoacidica scelta nel gruppo che consiste di RLKWVRIWRR (SEQ ID NO: 1), KLRWVRIWRR (SEQ ID NO: 2), RLRWVRIWRR (SEQ ID NO: 3), KLKWVRIWRR (SEQ ID NO: 4), RLKWVKIWRR (SEQ ID NO: 5), KLRWVKIWRR (SEQ ID NO: 6), RLRWVKIWRR (SEQ ID NO: 7), KLKWVKIWRR (SEQ ID NO: 8), RLKWVRIWKR (SEQ ID NO: 9), KLRWVRIWKR (SEQ ID NO: 10), RLRWVRIWKR (SEQ ID NO: 11), KLKWVRIWKR (SEQ ID NO: 12), RLKWVKIWKR (SEQ ID NO: 13), KLRWVKIWKR (SEQ ID NO: 14), RLRWVKIWKR (SEQ ID NO: 15), KLKWVKIWKR (SEQ ID NO: 16), RLKWVRIWRK (SEQ ID NO: 17), KLRWVRIWRK (SEQ ID NO: 18), RLRWVRIWRK (SEQ ID NO: 19), KLKWVRIWRK (SEQ ID NO: 20), RLKWVKIWRK (SEQ ID NO: 21), KLRWVKIWRK (SEQ ID NO: 22), RLRWVKIWRK (SEQ ID NO: 23), KLKWVKIWRK (SEQ ID NO: 24), RLKWVRIWKK (SEQ ID NO: 25), KLRWVRIWKK (SEQ ID NO: 26), RLRWVRIWKK (SEQ ID NO: 27), KLKWVRIWKK (SEQ ID NO: 28), RLKWVKIWKK (SEQ ID NO: 29), KLRWVKIWKK (SEQ ID NO: 30), RLRWVKIWKK (SEQ ID NO: 31) e KLKWVKIWKK (SEQ ID NO: 32), in cui ciascun aminoacido ? indipendentemente in configurazione L o D.
- 6. Condotto tubolare secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, che ? una cannuccia o un tubo medico, preferibilmente una cannuccia integrata in e facoltativamente rimovibile da un contenitore.
- 7 Condotto tubolare secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui il numero di moli dell?almeno un peptide antimicrobico presenti sull?almeno una porzione della superficie esterna e/o interna del condotto tubolare ? compreso tra 1 e 10 nmol x cm<2>, preferibilmente ? compreso tra 1,5 e 3 nmol x cm<2 >di superficie.
- 8. Condotto tubolare secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 7, che ? realizzato in un materiale polimerico, vetro o metallo.
- 9. Condotto tubolare secondo la rivendicazione 8, che ? realizzato in un materiale polimerico scelto dal gruppo che consiste di copolimeri a blocchi di stirene, miscele di poliolefine, miscele elastomeriche, poliuretani termoplastici, copoliesteri termoplastci, poliammidi termoplastiche, polipropilene, polietilene, polietilene ad alta densit?, polietilene a bassa densit?, polietilene tereftalato, poli-1,4 cicloesanedimetilene tereftalato, polietilene 2,6 naftalato dibenzoato, poliolefina, poliviniliden fluoruro, polietilene 2,6 naftalato, acrilonitrile butadiene stirene, polvinilcloruro, ammide polietere a blocchi, polimeri biodegradabili, e loro miscele; preferibilmente, ? un polimero biodegradabile scelto tra acido polilattico (PLA), polibutileneadipatoco-tereftalato (PBAT), policaprolattone (PCL), amido modificato (MaterBi?) o acido poliglicolico, (PGA), polibutilene succinato (PBS), poli-idrossi alcanoati (PHA) (famiglia dei materiali MaterBi?), e loro miscele; preferibilmente acido polilattico.
- 10. Uso di un peptide antimicrobico per la prevenzione della contaminazione di un condotto tubolare ad opera di batteri Gram negativi, batteri Gram positivi, funghi, lieviti e/o virus.
- 11. Uso secondo la rivendicazione 10, in cui l?almeno un peptide antimicrobico ? come definito in una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 5.
- 12. Uso secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui il condotto tubolare ? una cannuccia o un tubo medico, preferibilmente ? una cannuccia integrata in e facoltativamente rimovibile da un contenitore.
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