Eap-functionalized liposomes as a bioinspired delivery system for oral delivery of colistin to treat intracellular Salmonella infection

Abstract

Bacterial infections continue to prove difficult to treat due to the increase of drug resistance, but also in the case of intracellular pathogens, poorly permeable anti-infectives are usually not effective. Encapsulation of anti-infectives into nanoparticulate delivery systems, such as liposomes, has been shown to result in an enhancement of intracellular delivery. The aim of this study was to formulate liposomes for oral delivery of a poorly permeable anti-infective, colistin, and functionalize them with a bacterial invasion moiety to enhance their intracellular delivery. Different combinations of phospholipids and cholesterol were employed to produce colistin-loaded liposomes. Long alkyl chain-containing liposomes showed improved stability in terms of colloidal parameters as well as colistin retention when compared to the other formulations tested in gastrointestinal biorelevant media. The stable formulation was than functionalized with extracellular adherence protein (Eap), a Staphylococcus aureus-derived invasion protein. Eap-functionalized liposomes loaded with colistin were able to invade HEp-2 and Caco-2 monolayers with high efficiency. Treatment of HEp-2 and Caco-2 monolayers infected with the enteroinvasive bacteria Salmonella enterica, with colistin containing Eap-functionalized liposomes showed a significant reduction in the infection load when compared to control i.e. non-functionalized liposomes. This indicates that such bio-invasive nanocarriers were able to promote successful cellular uptake of colistin and mediate anti-infective effect intracellularly. Eap-functionalized liposomal nanocarriers offer a promising strategy for intracellular infections treatment.

Bakterielle Infektionen erweisen sich aufgrund der zunehmenden Arzneimittelresistenzen weiterhin als schwierig zu behandeln. Zudem sind bei intrazellulären Bakterien schlecht permeabele Antiinfektiva normalerweise nicht wirksam. Es wurde gezeigt, dass die Einkapselung von Antiinfektiva in nanopartikuläre Trägersysteme, wie beispielsweise Liposomen, zu einer Verbesserung des Transports in Zellen führt. Diese Studie zielte darauf ab, Liposomen für die orale Applikation des schlecht permeablen Antibiotikums Colistins zu formulieren und diese mit einem bakteriellen Invasionsmolekül zu funktionalisieren, um ihre intrazelluläre Verfügbarkeit zu verbessern. Unterschiedliche Kombinationen von Phospholipiden und Cholesterin wurden verwendet, um mit Colistin beladene Liposomen herzustellen Lange Alkylketten enthaltende Liposomen zeigten im Vergleich zu den anderen in simulierten Magen-Darm-Medien getesteten Formulierungen eine verbesserte Stabilität sowohl hinsichtlich ihrer kolloidalen Stabilität als auch der Colistinretention. Diese stabile Formulierung wurde dann mit extrazellulärem Adhäsionsprotein („extracellular adherence protein” Eap), einem von Staphylococcus aureus gewonnenen Invasionsprotein, funktionalisiert. Mit Colistin beladene Eap-funktionalisierte Liposomen konnten mit hoher Effizienz in dichte Zellschichten von HEp-2- und Caco-2-Zellen eindringen. Die Behandlung von HEp-2- und Caco-2-Monoschichten, die mit dem enteroinvasiven Bakterium Salmonella enterica infiziert wurden, mit Colistin-beladenen; Eap-funktionalisierten Liposomen führten zu einer signifikanten Verringerung der Infektionslast im Vergleich zur Behandlung mit nicht funktionalisierten Liposomen. Dies ist ein Beleg dafür, dass solche bio-invasiven Nanocarrier die erfolgreiche zelluläre Aufnahme von Colistin fördern und somit die intrazelluläre antiinfektiöse Wirkung ermöglichen können. Somit bieten die entwickelten Eap-funktionalisierten Liposomen eine vielversprechende Strategie zur Verbesserung der Therapie intrazellulärer Infektionen des Magen-Darm-Trakts.