Redução de biofilme de Pseudomonas aeruginosa mediada por bacteriófagos visando aplicação em elementos de titânio

Abstract

Pseudomonas aeruginosa é uma bactéria patogênica que tem demonstrado uma notável capacidade de formar biofilmes em superfícies, apresentando desafios significativos na prevenção e tratamento de infecções relacionadas a dispositivos biomédicos e na indústria biomédica. Portanto, a problemática dos biofilmes em dispositivos biomédicos compostos por titânio é multifacetada, envolvendo preocupações de saúde, resistência a antibióticos, desafios de limpeza e esterilização dos procedimentos médicos-odontológicos e a qualidade de vida dos pacientes. Assim, este estudo investigou o potencial dos bacteriófagos PABP2, PAPB5, PAPB7, PAT4 e PAS2 isolados de cultura clínica, em três dosagens de multiplicidade de infecção (MOI): dose mínima (0,01), dose intermediaria (0,1) e dose alta (1), como agentes terapêuticos na desagregação, destruição e prevenção a formação de biofilmes em superfícies abióticas compostas por titânio. Realizou-se dois experimentos independentes e destrutivos: o experimento 1 ? avaliou a capacidade dos bacteriófagos de desagregar e destruir biofilmes bacterianos já estabelecidos, enquanto o experimento 2 ? investigou a atividade profilática dos bacteriófagos na prevenção da formação do biofilme. Como metodologia foram realizadas análises microbiológicas, ensaio de eficácia, avaliação de concentração patógeno-hospedeiro e o impacto nas células bacterianas, por meio de contagem de células viáveis e Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). Os dados foram submetidos à Two-Way ANOVA (p-valor <0,05) para comparação dos grupos amostrais tratado e não tratado, post-hoc Tukey com intervalo de confiança 95% (p<0,05). Os dados foram apresentados como médias de três experimentos independentes e desvios padrão. Todos os fagos foram efetivos na redução de células viáveis, destruição e prevenção de biofilme em 100 % da superfície tratada. Todavia, a atividade profilática obteve maior eficiência para os 5 bacteriófagos aplicados (p<0,05), não permitindo a efetivação do biofilme. Contudo, vale ressaltar que os resultados não revelaram um padrão consistente em relação à dose-dependência e às variações entre hospedeiros, o que torna difícil inferir uma relação causa-efeito clara. Desta forma, conclui-se, que a atividade lítica no biofilme de Pseudomonas aeruginosa formado por cepas clínica e ATCC® 27853?multirresistentes indica que os bacteriófagos e a terapia fagica utilizados neste estudo podem contribuir para o desenvolvimento de abordagens terapêuticas e profiláticas inovadoras na luta contra infecções associadas a dispositivos biomédicos e biofilmes de Pseudomonas aeruginosa. Além disso, os resultados têm o potencial de informar futuras aplicações clínicas e industriais visando à segurança e eficácia em dispositivos biomédicos e implantes de titânio.

Abstract: Pseudomonas aeruginosa is a pathogenic bacterium that has demonstrated a remarkable ability to form biofilms on surfaces, presenting significant challenges in the prevention and treatment of infections related to biomedical devices and in the biomedical industry. Therefore, theproblem of biofilms on biomedical devices composed of titanium is multifaceted, involving health concerns, antibiotic resistance, cleaning and sterilization challenges of medical-dental procedures and the quality of life of patients. Thus, this study investigated the potential of the bacteriophages PABP2, PAPB5, PAPB7, PAT4 and PAS2 isolated from clinical culture, at three multiplicity of infection (MOI) doses: minimum dose (0.01), intermediate dose (0.1) and high dose (1), as therapeutic agents in the disaggregation, destruction and prevention of biofilm formation on abiotic surfaces composed of titanium. Two independent and destructive experiments were carried out: experiment 1 ? evaluated the ability of bacteriophages to disaggregate and destroy already established bacterial biofilms, while experiment 2 ?investigated the prophylactic activity of bacteriophages in preventing biofilm formation. As a methodology, microbiological analysis, efficacy assay, evaluation of pathogen-host concentration and the impact on bacterial cells were carried out, through viable cell counting and Scanning Electron Microscopy (SEM). The data were submitted to Two-Way ANOVA (p value <0.05) to compare the treated and untreated sample groups, post-hoc Tukey with 95% confidence interval (p<0.05). Data were presented as means of three independent experiments and standard deviations. All phages were effective in reducing viable cells, destroying and preventing biofilm on 100% of the treated surface. However, the prophylactic activity was more efficient for the 5 bacteriophages applied (p<0.05), not allowing the biofilm to form. However, it is worth highlighting that the results did not reveal a consistent pattern in relation to dose dependence and variations between hosts, which makes it difficult to infer a clear cause-effect relationship. Therefore, it is concluded that the lytic activity in the Pseudomonas aeruginosa biofilm formed by multiresistant clinical and ATCC® 27853? strains indicates that the bacteriophages and phage therapy used in this study can contribute to the development of innovative therapeutic and prophylactic approaches in fights infections associated with biomedical devices and Pseudomonas aeruginosa biofilms. Furthermore, the results have the potential to inform future clinical and industrial applications targeting safety and efficacy in biomedical devices and titanium implants.