PL230681B1

PL230681B1 - Zastosowanie kationowych surfaktantow gemini

Info

Publication number: PL230681B1
Application number: PL403627A
Authority: PL
Inventors: Ewa Obłąk; Ewa Oblak; Agata Piecuch; Jacek Łuczyński; Jacek Luczynski
Original assignee: Univ Wroclawski; Uniwersytet Wroclawski
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2018-11-30
Also published as: PL403627A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zastosowanie kationowych surfaktantów (czwartorzędowych soli amoniowych - CSA) gemini (zwanych bliźniaczymi lub dimerycznymi) jako środków o działaniu antybakteryjnym, antygrzybowym, antyadhezyjnym i antybiofilmowym w medycynie, rolnictwie i przemyśle oraz jako inhibitorów H⁺-ATPazy błony komórkowej drożdży.

Związki te są miękkimi surfaktantami kationowymi (typu esterquatów), zawierającymi w swojej strukturze dwie monomeryczne cząsteczki amfifilne połączone łącznikiem alkilenowym.

CSA gemini syntezowano dwuetapowo otrzymując w pierwszym etapie 2-bromopropioniany alkilowe posiadające odpowiedniej długości łańcuchy alkilowe. Otrzymane półprodukty były w drugim etapie syntezy stosowane jako czynnik czwartorzędujący w reakcji z Ν,Ν,Ν',Ν'-tetrametyloetylenodiaminą lub N,N,N'N'-tetrametylo-1,3-propanodiaminą/Łuczyńs/r/ J, Frąckowiak R, Wioch A, Kleszczyńska H, Witek S. 2013: Gemini esterąuat surfactants and their biological activity. Celi Mol Biol Lett. 18:89-101].

Struktury związków i przypisane im oznaczenia kodowe przedstawiono na Rys. 1.

A. TMEAL-lOBr	B. TMPAL-lOBr
N—CHCOOC₁₀lti H>c ch> Π 2Br® N-CHCOOC,^ CHj	H-CHCOOC^Hj, c»; 2 Br® N-CHCOOCurt,

C. TMPAL12Br

N—CHCOOC₁₂H2_S

4¾ 2 Br®

N-CHCOOC^His *^C® ÓH,

Rys. 1. Struktura chemiczna czwartorzędowych soli amoniowych (CSA) gemini:

A oznacza - TMEAL-10 Br (N,N'-bis(1-decyloxy-1-oxopronan-2-yl)-N,N,N',N'-tetramethylethane-1,2-diammonium dibromide);

B - TMPAL-10 Br (N,N'-bis(1-decyloxy-1-oxopronan-2-yl)-N,N,N',N'-tetramethylpropane-1,3-diammonium dibromide);

C - TMPAL-12 Br (N.N'-bis(1-dodecyloxy-1-oxopronan-2-yl)-N,N,N',N'-tetramethylpropane-1,3-diammonium dibromide).

Istotą wynalazku jest zastosowanie czwartorzędowych soli amoniowych gemini o wzorach przedstawionych na rys. 1 o działaniu antybakteryjnym, antygrzybowym, antyadhezyjnym i antybiofilmowym w medycynie, rolnictwie i przemyśle oraz jako inhibitorów H⁺-ATPazy błony komórkowej drożdży Saccharomyces cerevisiae. Struktury badanych związków zamieszczone są na rys. 1, gdzie A oznacza TMEAL-10 Br (N,N'-bis(1-decyloxy-1-oxopronan-2-yl)-N,N,N',N’-tetramethylethane-1,2-diammonium dibromide); B - TMPAL-10 Br (N,N'-bis(1-decyloxy-1-oxopronan-2-yl)-N,N,N',N'-tetramethylpropane-1,3-diammonium dibromide]; C - TMPAL-12 Br (N,N'-bis(1-dodecyloxy-1-oxopronan- 2-yl)-N,N,N',N'-tetramethylpropane-1,3-diammonium dibromide).

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładach wykonania, które przedstawiają zastosowanie kationowych surfaktantów gemini w oparciu o syntezę, która została opisana w publikacji -Łuczyński J, Frąckowiak R, Włoch A, Kleszczyńska H, Witek S. 2013. Gemini esterąuat surfactants and their biological activity. Celi Mol Biol Lett 18:89-101.

PL 230 681 B1

P r z y k ł a d I (TMEAL-10 Br)

Aktywność biologiczna

Aktywność antybakteryjna i antygrzybowa TMEAL-10 Br została zbadana wobec szczepów (z kolekcji ATCC i izolatów klinicznych) bakteryjnych: Staphylococcus aureus ATCC 6538, Escherichia coli ATCC 11229 i kliniczny ESBL(+) 434, Pseudomonas aeruginosa 27853, oraz grzybowych: Saccharomyces cerevisiae Z1278b, Candida albicans ATCC90028, Rhodotorula mucilaginosa IHEM18459. Wyznaczono minimalne stężenie inhibicyjne (MIC) testowanego związku wobec badanych mikroorganizmów. Wykazano, że związek ten w niskich stężeniach (10 pM) hamuje wzrost bakterii gram-dodatnich (S. aureus), natomiast nie wykazuje aktywności antybakteryjnej wobec bakterii gram-ujemnych (E. coli,

P. aeruginosa). Jego MIC dla tych szczepów wynosił powyżej 800 μΜ. Związek ten inhibował także komórki grzybów R. mucilaginosa w stężeniu 40 μM, natomiast MIC dla C. albicans był 4-krotnie wyższy, a dla S. cerevisiae 8-krotnie wyższy. TMEAL-10 Br w stężeniach 10-400 μM nie powoduje hemolizy erytrocytów baranich. Nie jest on również cytotoksyczny względem metabolizmu mitochondrialnego drożdży S. cerevisiae.

Związek ten w stężeniu 240 μM blokuje adhezję komórek Staphylococcus epidermidis w ok. 30%, natomiast nie wykazuje działania przeciwadhezyjnego wobec komórek P. aeruginosa, jak również nie usuwa powstałego biofilmu wytworzonego przez te szczepy.

Surfaktant TMEAL-10 Br hamuje filamentację C. albicans już w stężeniu % MIC (80 μM). Jest to istotne dla adhezji komórek i formowania biofilmu.

Badania dotyczące synergizmu TMEAL-10 Br z azolami i polienami wykazały, że związek ten obniża przeżywalność komórek C albicans o ok. 30% w obecności azoli (itrakonazol i flukonazol) i ok. 50% w obecności polienów (amfoterycyny B), co może znaleźć zastosowanie w terapii antygrzybowej.

Ponadto, wykazano, że TMEAL-10 Br jest inhibitorem H⁺-ATPazy błony komórkowej drożdży Saccharomyces cerevisiae.

P r z y k ł a d II (TMPAL-10Br)

Aktywność biologiczna

Aktywność antybakteryjna i antygrzybowa TMPAL-10 Br została zbadana wobec szczepów (z kolekcji ATCC i izolatów klinicznych) bakteryjnych: Staphylococcus aureus ATCC 6538, Escherichia coli ATCC 11229 i kliniczny ESBL(+) 434, Pseudomonas aeruginosa 27853, oraz grzybowych: Saccharomyces cerevisiae Z1278b, Candida albicans ATCC 90028, Rhodotorula mucilaginosa IHEM18459. Wyznaczono minimalne stężenie inhibicyjne (MIC) testowanego związku wobec badanych mikroorganizmów. Związek ten w niskich stężeniach (10 i 20 μM) hamuje wzrost zarówno bakterii gram-dodatnich i gram-ujemnych. Działanie tego związku na wzrost grzybów jest również silne. Już 10 μM TMPAL-10 Br hamuje przeżywalność R. mucilaginosa, natomiast 4-krotnie wyższe stężenie działa grzybobójczo wobec S. cerevisiae, a 8-krotnie wyższe wobec C. albicans.

Związek ten nie jest cytotoksyczny. Nie powoduje hemolizy w stężeniach (10-40 μM), jednak 80 μM tego związku wywołuje znaczący poziom rozpadu erytrocytów (40%).

TMPAL-10 Br wykazuje działanie przeciwadhezyjne wobec komórek grzybów. Stężenie 60 μM tego związku hamuje 50% adhezji komórek C. albicans i R. mucilaginosa. Aktywność tego związku wobec adhezji bakterii (S. epidermidis) jest słabsza, 240 μM hamuje adhezję jedynie w 40%. Nie obserwowano działania tego surfaktanta na adhezję komórek P. aeruginosa. TMPAL-10 Br całkowicie hamuje filamentację C. albicans już w stężeniu 20 μM.

Związek ten silnie eradykuje biofilm grzybowy. 50% niszczenia biofilmu C. albicans obserwowano w obecności 80 μM związku, natomiast 20 μM usuwało biofilm R. mucilaginosa w 50%. Niszczenie biofilmu bakteryjnego (P. aeruginosa, S. epidermidis) przez TMPAL-10 Br było znacznie słabsze.

TMPAL-10 Br wykazuje silne współdziałanie z azolami i polienami. Redukuje on przeżywalność C. albicans w 80% w obecności azoli, podczas gdy związki te zastosowane osobno hamują wzrost tylko w 40%. Szczególnie silny synergizm obserwowany był w kombinacji z polienami. W obecności nystatyny TMPAL-10 Br całkowicie hamował wzrost C. albicans. Natomiast w połączeniu z amfoterycyną B redukował wzrost o ok. 50% w porównaniu do działania samej amfoterycyny B. Ponadto, wykazano, że surfaktant ten jest inhibitorem H⁺-ATPazy błony komórkowej drożdży S. cerevisiae in vivo i in vitro.

TMPAL-10 Br nie jest cytotoksyczny ani hemolityczny, wykazuje działanie bakterio- i grzybobójcze w niskich stężeniach, eradykuje biofilm i wykazuje synergizm z azolami i polienami, znacznie obniżając przeżywalność grzybów, dlatego może być wykorzystany jako potencjalny dezynfektant i fungicyd.

PL 230 681 B1

P r z y k ł a d III (TMPAL-12 Br)

Aktywność biologiczna

Aktywność antybakteryjna i antygrzybowa TMPAL-10 Br została zbadana wobec szczepów (z kolekcji ATCC i izolatów klinicznych) bakteryjnych: Staphylococcus aureus ATCC 6538, Escherichia coli ATCC 11229 i kliniczny ESBL(+) 434, Pseudomonas aeruginosa 27853, oraz grzybowych: Saccharomyces cerevisiae Z1278b, Candida albicans ATCC 90028, Rhodotorula mucilaginosa IHEM18459. Wyznaczono minimalne stężenie inhibicyjne (MIC) testowanego związku wobec badanych mikroorganizmów. Związek ten w niskich stężeniach hamuje wzrost bakterii gram-dodatnich i gram-ujemnych (odpowiednio 20 i 40 μΜ). Słabsze działanie bójcze obserwowano dla grzybów C. albicans i S. cerevisiae (800 i 500 μΜ). Natomiast już 10 μΜ tego związku silnie inhibowało wzrost R. mucilaginosa. Związek ten wykazuje słabe działanie przeciwadhezyjne. Dopiero 200 μM TMPAL-12 Br hamuje 50% adhezji komórek S. epidermidis, natomiast nie obserwowano jego działania antyadhezyjnego wobec P. aeruginosa. TMPAL-12 Br wykazuje własności eradykujące biofilm bakteryjny. 80 μΜ tego związku usuwa ok. 50% biofilmu zarówno S. epidermidis jak i P. aeruginosa. Wyższe stężenia całkowicie niszczyły biofilm.

Ponadto, wykazano, że surfaktant ten w stężeniu równym MIC jest inhibitorem H⁺-ATPazy błony komórkowej drożdży S. cerevisiae in vivo i in vitro.

Claims

Zastrzeżenie patentowe

1. Zastosowanie czwartorzędowych soli amoniowych gemini o wzorach przedstawionych na Rys. 1, gdzie A oznacza - TMEAL-10 Br (N,N'-bis(1-decyloxy-1-oxopronan-2-yt)-N,N,N',N'-tetramethylethane-1,2-diammonium dibromide); B - TMPAL-10 Br (N,N'-bis(1-decyloxy-1-oxopronan-2-yl)-N,N,N',N'-tetramethylpropane-1,3-diammonium dibromide); C - TMPAL-12 Br (N,N'-bis(1-dodecyloxy-1-oxopronan-2-yl)-N,N,N',N'-tetramethylpropane-1,3-diammonium dibromide) o działaniu antybakteryjnym, antygrzybowym, antyadhezyjnym oraz antybiofilmowym w medycynie, rolnictwie i przemyśle oraz jako inhibitorów H⁺-ATPazy błony komórkowej drożdży Saccharomyces cerevisiae.