ANTECEDENTES DE DENDRÍMEROS CATIÓNICOS COMO ANTIBACTERIANOS

Es conocido que compuestos orgánicos con grupos amonio en su estructura son capaces de ejercer una capacidad antimicrobiana contra bacterias, provocando la lisis celular si se encuentran en cantidad suficiente. Se conocen diversos polímeros catiónicos que poseen esta capacidad, sin embargo, la estructura y peso bien definidos de los dendrímeros han hecho que varios grupos de investigación hayan visto en estas estructuras una buena alternativa a los polímeros catiónicos.67

3.2.1 MECANISMO DE ACCIÓN DE DENDRÍMEROS CATIÓNICOS COMO ANTIBACTERIANOS

El mecanismo de acción de las sustancias catiónicas como agentes antibacterianos está basado en la capacidad de estos de desestabilizar las membranas celulares repeliendo los cationes divalentes de la superficie. El primer paso del mecanismo de acción de este tipo de sustancias es la unión electrostática del compuesto de naturaleza catiónica a los grupos fosfolípidos de la membrana que poseen carga negativa. Una concentración elevada de cargas positivas en la superficie de la membrana bacteriana, puede hacer que los cationes de Ca2+ y Mg2+, que son claves para mantener la integridad de la membrana, se vean desplazados formándose poros en la estructura. Si la concentración de cargas positivas es suficiente, se va produciendo la entrada del compuesto catiónico a través de la membrana lipídica, que puede concluir en la muerte de la bacteria.68

Una de las claves del uso de dendrímeros es la multivalencia. Cada dendrímero posee varias ramas que pueden soportar grupos catiónicos, y la presencia de varios grupos en una misma estructura pueden originar un efecto superior a la suma de varias unidades aisladas. Las dimensiones de los dendrímeros puede tener también una gran influencia en la capacidad de éstos como antibacterianos, ya que si poseen

un gran tamaño pueden encontrar dificultades a la hora de atravesar el esqueleto de la membrana bacteriana.68

3.2.2 EJEMPLOS DE DENDRÍMEROS CATIÓNICOS CON ACTIVIDAD ANTIBACTERIANA

Existen diversos ejemplos de dendrímeros con capacidad antimicrobiana entre los que se encuentran los dendrímeros aniónicos, dendrímeros que poseen algún tipo de metal en su estructura, dendrímeros con unidades de carbohidratos en su estructura o dendrímeros conjugados a algún principio activo. Aunque la gran mayoría de los dendrímeros utilizados como agentes antibacterianos son de naturaleza catiónica. Sin embargo, todavía no existen suficientes trabajos como para generalizar sus propiedades según familias.

Los primeros dendrímeros catiónicos en ser ensayados como antibacterianos fueron los dendrímeros PPI con un núcleo diaminobutano, que demostraron ser el doble de potentes frente a la bacteria Gram- Escherichia coli, que su análogo monofuncional. Siguiendo este ejemplo Cooper y colaboradores funcionalizaron un dendrímero PPI con cadenas lineales alquílicas de 12 unidades de carbono. Este dendrímero fue probado contra bacterias E. coli, obteniéndose que los valores de concentración mínima bactericida (concentración mínima a la que una sustancia es capaz de matar una bacteria, CMB) y concentración mínima inhibitoria (concentración mínima a la que una sustancia es capaz de inhibir el crecimiento bacteriano, CMI) eran 100 veces mayores que los obtenidos con el cloruro de dodeciltrimetilamonio (DTAC), su análogo monofuncional.69 Para comprobar que este efecto no dependía del tipo de bacteria se probaron también contra la bacteria Gram+ Staphylococcus

aureus, mostrando tener una gran capacidad biocida también en este tipo de

bacterias.

Los dendrímeros PAMAM también han resultado efectivos como agentes antibacterianos. En 2007 se presentó un estudio sobre el uso de dendrímeros PAMAM de 5ª generación como antibacterianos contra infecciones en células epiteliales de la cornea.70 Estas estructuras resultaron ser ligeramente tóxicas, por lo que se modificaron parcialmente con cadenas de PEG. Esta modificación redujo la toxicidad,

manteniendo el efecto bactericida frente a cepas de pseudomonas, que son las más frecuentes en infecciones oculares. Sin embargo, se redujo la efectividad antibacteriana en las cepas de estafilococos. Más tarde, en un estudio similar se compararon dendrímeros de distintas generaciones de esta familia, observando que los PAMAM de 3ª generación con cadenas de PEG en su estructura son más potentes como agentes antibacterianos que los de 5ª generación.71

Los dendrímeros carbosilano también han demostrado poseer capacidad antibacteriana. En nuestro grupo de investigación se han encontrado indicios similares con respecto al tamaño del dendrímero y su capacidad como agente antibacteriano. Se ha observado que un dendrímero carbosilano catiónico de primera generación, con grupos aromáticos en la periferia, era más potente en su actividad antibacteriana, frente a bacterias tanto Gram+ como Gram-, que el de segunda generación y a su vez mucho más potente que su análogo monofuncional.72

En nuestro grupo de investigación se llevó a cabo un estudio similar utilizando dendrímeros carbosilano con dos grupos amonio por rama en la periferia.73 Se encontraron diferencias en cuanto a la generación más activa dependiendo del tipo de membrana que poseyeran las bacterias. Así, en bacterias Gram- los dendrímeros de mayor generación resultaron ser biocidas más efectivos. Sin embargo, en bacterias Gram+ los mejores resultados se obtuvieron con los dendrímeros de generaciones más bajas. Esta contradicción puede explicarse atendiendo a que los fenómenos de disrupción de membrana dependen de dos factores, el número de cargas de la superficie y procesos de biopermeabilidad, que están favorecidos por la apolaridad del compuesto biocida. La actividad de un dendrímero como agente antibacteriano, por tanto, está basada en un equilibrio entre ambos factores. Es muy probable que en bacterias con doble membrana (Gram-) se necesite una mayor densidad de carga positiva para romper la membrana antes de que entren en juego los procesos de biopermeabilidad y por ello sea más efectivo el dendrímero de tercera generación.