Investigating the effect of antibiotic-containing niosomes on amoxicillin- and metronidazole- resistant bacteria isolated from dental abscesses

Resumen Técnico: Investigación del efecto de los niosomas que contienen antibióticos sobre bacterias resistentes a la amoxicilina y al metronidazol aisladas de abscesos dentales

Planteamiento del problema
Los abscesos dentales son enfermedades infecciosas orales prevalentes, a menudo causadas por una mezcla de bacterias aeróbicas y anaeróbicas, incluyendo especies de Streptococcus, Prevotella y Staphylococcus. El tratamiento de estas infecciones se ve complicado por la sobreprescripción de antibióticos y la subsiguiente aparición de cepas resistentes a los antibióticos. Específicamente, la resistencia a agentes comunes de primera línea como la amoxicilina y el metronidazol representa un desafío clínico significativo. Si bien se sabe que los niosomas (vesículas de surfactantes no iónicos) poseen biocompatibilidad, estabilidad y capacidad para proporcionar una liberación controlada de fármacos, su eficacia específica contra aislados resistentes a antibióticos provenientes de abscesos dentales aún no ha sido explorada suficientemente. Este estudio aborda la necesidad de sistemas de administración alternativos para mejorar la eficacia terapéutica de los antibióticos existentes contra patógenos dentales resistentes.

Metodología
El estudio empleó un enfoque de múltiples etapas que involucró el aislamiento bacteriano, la síntesis de nanotransportadores y la caracterización fisicoquímica y biológica:

1. Aislamiento e identificación bacteriana: Se recolectaron muestras de frotis de 20 pacientes adultos con abscesos dentoalveolares. Los aislados se cultivaron en agar sangre y se evaluó su resistencia a la amoxicilina y al metronidazol mediante el método de difusión en disco (guías CLSI 2023). Se identificaron dos aislados resistentes mediante la secuenciación del gen 16S rRNA y el análisis BLAST como Enterococcus faecalis y Staphylococcus epidermidis.
2. Formulación de niosomas: Los niosomas que transportan antibióticos se sintetizaron utilizando el método de hidratación de película delgada. La formulación utilizó una relación molar de 2:2:1 para el Tween 60, Span 60 y colesterol, respectivamente. La película lipídica se hidrató con solución salina tamponada con fosfato (PBS) que contenía el antibiótico específico (amoxicilina o metronidazol) y posteriormente se sonicó para asegurar la uniformidad y reducir el tamaño de partícula. Los niosomas vacíos sirvieron como controles.
3. Caracterización fisicoquímica:
   • Morfología: Analizada mediante microscopía electrónica de barrido de emisión de campo (FE-SEM).
   • Tamaño y estabilidad: El tamaño de partícula (Z-average), el índice de polidispersidad (PDI) y el potencial zeta se midieron mediante dispersión de luz dinámica (DLS) y un Zetasizer.
   • Cinética de liberación de fármacos: Los perfiles de liberación in vitro se evaluaron mediante el método de membrana de diálisis a 3 mostaza 37 °C. Los datos de liberación se ajustaron a los modelos cinéticos de orden cero, primer orden, Higuchi y Korsmeyer-Peppas.
4. Evaluación antimicrobiana: Se determinaron la Concentración Mínima Inhibitoria (CMI) y la Concentración Mínima Bactericida (CMB) de las formulaciones niosomales contra los aislados resistentes utilizando el método de microdilución en caldo Mueller-Hinton y se compararon con las formulaciones de antibióticos libres.

Resultados clave

• Identificación de aislados: De un total de nueve aislados, dos fueron confirmados como multirresistentes: Enterococcus faecalis y Staphylococcus epidermidis, ambos resistentes a la amoxicilina y al metronidazol.
• Propiedades fisicoquímicas: Los niosomas sintetizados fueron esféricos con superficies lisas.
  • Potencial Zeta: Medido en aproximadamente −38.2 mV (amoxicilina) y −56.3 mV (metronidazol), lo que indica una buena estabilidad coloidal.
  • Tamaño de partícula: La dispersión de luz dinámica detectó diámetros de 240.6 nm para los niosomas de amoxicilina y 277.5 nm para los niosomas de metronidazol.
  • Polidispersión: Los valores de PDI fueron 0.839 y 0.760, respectivamente, lo que indica una distribución de tamaño relativamente homogénea.
• Perfiles de liberación de fármacos: La cinética de liberación siguió un modelo de primer orden. Las formulaciones niosomales demostraron una liberación controlada en comparación con los fármacos libres. Durante las primeras 8 horas, la amoxicilina libre liberó el 45% frente al 30% de los niosomas; el metronidazol libre liberó el 60% frente al 40% de los niosomas. Después de 78 horas, las formulaciones libres alcanzaron aproximadamente el 100% de liberación, mientras que los niosomas retuvieron una parte del fármaco (70% y 75% de liberación para amoxicilina y metronidazol, respectivamente), confirmando un mecanismo de liberación sostenida.
• Eficacia antimicrobiana: El sistema de entrega niosomal mejoró significamente la potencia antibacteriana:
  • Amoxicilina: Redujo la CMI en 2 veces contra ambas cepas. Redujo la CMB en 4 veces contra E. faecalis y en 2 veces contra S. epidermidis.
  • Metronidazol: Redujo tanto la CMI como la CMB en 2 veces contra E. faecalis y en 4 veces contra S. epidermidis.
  • Los niosomas vacíos no mostraron actividad antibacteriana, confirmando que el efecto se debió a los antibióticos encapsulados.

Significancia y alegatos
Los autores concluyen que los niosomas que encapsulan amoxicilina y metronazol ofrecen una estrategia viable para combatir los abscesos dentales resistentes a los antibióticos. El estudio sostiene que este sistema de entrega reduce eficazmente los valores de CMI y CMB (entre 2 y 4 veces) en comparación con los antibióticos libres, lo que sugiere que dosis más bajas podrían lograr la eficacia terapéutica, reduciendo potencialmente los efectos secundarios. Además, el perfil de liberación controlada evita la fuga rápida del fármaco, manteniendo niveles terapéuticos durante periodos más prolongados. El artículo propone estos niosomas como una alternativa o tratamiento complementario potencial para las infecciones dentales resistentes a los fármacos, a la espera de más estudios clínicos. El trabajo destaca el papel del colesterol y los surfactantes no iónicos en la estabilización de la membrana de la vesícula y la mejora de la retención del fármaco, aumentando así el índice terapéutico general de los antibióticos.