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Comparative Study
. 2020 May 1;40(Supl. 1):89-101.
doi: 10.7705/biomedica.4891.

In vitro effectivity of three approved drugs and their synergistic interaction against Leishmania infantum

[Article in English, Spanish]
Iman Fathy Abou-El-Naga  1 , Rasha Fadly Mady  2 , Nermine Mogahed Fawzy Hussien Mogahed  3
Affiliations
Comparative Study

In vitro effectivity of three approved drugs and their synergistic interaction against Leishmania infantum

[Article in English, Spanish]
Iman Fathy Abou-El-Naga et al. Biomedica. .

Abstract
in English, Spanish, Spanish

Introduction: Leishmaniasis remains one of the neglected tropical diseases. Repurposing existing drugs has proven to be successful for treating neglected tropical diseases while combination therapy is a strategic alternative for the treatment of infectious diseases. Auranofin, lopinavir/ritonavir, and sorafenib are FDA approved drugs used in the treatment of diverse diseases by acting on different essential biological enzymes.

Objective: To evaluate the effects of monotherapy and combined therapies with the three drugs against Leishmania infantum.

Materials and methods: We compared the leishmanicidal effects of the three drugs on promastigotes in vitro as regards the parasite count, the drug concentration providing a half-maximal response, and the ultrastructural changes of the parasite. We determined the fractional inhibitory concentration index of combined drugs in two ways, as well as the activity of the three drugs together to establish their synergetic effect.

Results: The monotherapy with the three drugs was effective with auranofin showing the best leishmanicidal effect (EC50=1.5 μM), whereas sorafinib reduced parasite growth at EC50=2.5 μM. The scanning electron microscopy of promastigotes from all treated media showed distortion in the shape with loss of flagella and bleb formation. Acidocalcinosis was evident by transmission electron microscopy with all treatments suggesting apoptosis. Treatment with lopinavir/ritonavir showed signs of autophagy. The two-way combination of the drugs led to additive interactions while the combination of the three drugs showed synergistic action.

Conclusion: Each drug when used as monotherapy against Leishmania spp. was effective, but the combination therapy was more effective than the individual drugs due to the additive or synergistic effects.

Introducción. La leishmaniasis sigue siendo una de las enfermedades tropicales desatendidas. La reutilización de medicamentos existentes ha demostrado ser exitosa para tratar enfermedades tropicales desatendidas y la terapia combinada es una alternativa estratégica para el tratamiento de enfermedades infecciosas. Auranofin, lopinavir/ritonavir y sorafenib son medicamentos aprobados por la Food and Drug Administration (FDA) de Estados Unidos utilizados en el tratamiento de diversas enfermedades, pues actúan sobre diferentes enzimas biológicas esenciales. Objetivo. Evaluar los efectos terapéuticos de la monoterapia y de los tres fármacos combinados contra Leishmania infantum. Materiales y métodos. Los efectos leishmanicidas de los tres fármacos sobre los promastigotes se compararon in vitro en cuanto al recuento de parásitos, la concentración del fármaco que proporcionara una respuesta semimáxima y los cambios ultraestructurales del parásito. Se calculó el índice de concentración inhibitoria de fracciones de fármacos combinados de dos maneras y la actividad de los tres fármacos juntos para determinar el efecto sinérgico. Resultados. La monoterapia con los tres medicamentos fue efectiva, pero la auranofina tuvo el mejor efecto antileishmanicida con un CE50 de 1,5 μM, en tanto que el sorafinib redujo el crecimiento del parásito con un CE50 de 2,5 μM. La microscopía electrónica de barrido de promastigotes de todos los medios tratados mostró una distorsión en la forma, con pérdida de flagelos y formación de ampollas. La acidocalcinosis fue evidente por microscopía electrónica de transmisión con todos los tratamientos, lo que sugiere apoptosis. El tratamiento con lopinavir/ritonavir mostró signos de autofagia. La combinación de dos medicamentos condujo a interacciones aditivas, mientras que la combinación de las tres drogas produjo una acción sinérgica. Conclusión. Los tres medicamentos usados como monoterapia contra Leishmania spp. fueron efectivos, pero el tratamiento combinado lo fue en mayor medida debido a los efectos aditivos o sinérgicos.

Introducción.: La leishmaniasis sigue siendo una de las enfermedades tropicales desatendidas. La reutilización de medicamentos existentes ha demostrado ser exitosa para tratar enfermedades tropicales desatendidas y la terapia combinada es una alternativa estratégica para el tratamiento de enfermedades infecciosas. Auranofin, lopinavir/ritonavir y sorafenib son medicamentos aprobados por la Food and Drug Administration (FDA) de Estados Unidos utilizados en el tratamiento de diversas enfermedades, pues actúan sobre diferentes enzimas biológicas esenciales.

Objetivo.: Evaluar los efectos terapéuticos de la monoterapia y de los tres fármacos combinados contra Leishmania infantum.

Materiales y métodos.: Los efectos leishmanicidas de los tres fármacos sobre los promastigotes se compararon in vitro en cuanto al recuento de parásitos, la concentración del fármaco que proporcionara una respuesta semimáxima y los cambios ultraestructurales del parásito. Se calculó el índice de concentración inhibitoria de fracciones de fármacos combinados de dos maneras y la actividad de los tres fármacos juntos para determinar el efecto sinérgico.

Resultados.: La monoterapia con los tres medicamentos fue efectiva, pero la auranofina tuvo el mejor efecto antileishmanicida con un CE50 de 1,5 µM, en tanto que el sorafinib redujo el crecimiento del parásito con un CE50 de 2,5 µM. La microscopía electronica de barrido de promastigotes de todos los medios tratados mostró una distorsión en la forma, con pérdida de flagelos y formación de ampollas. La acidocalcinosis fue evidente por microscopía electrónica de transmisión con todos los tratamientos, lo que sugiere apoptosis. El tratamiento con lopinavir/ritonavir mostró signos de autofagia. La combinación de dos medicamentos condujo a interacciones aditivas, mientras que la combinación de las tres drogas produjo una acción sinérgica.

Conclusión.: Los tres medicamentos usados como monoterapia contra Leishmania spp. fueron efectivos, pero el tratamiento combinado lo fue en mayor medida debido a los efectos aditivos o sinérgicos.

Keywords: Leishmania infantum; drug synergism; apoptosis; autophagy.

PubMed Disclaimer

Figures

Figure 1
Figure 1. Ultrastructural changes observed in promastigotes from the different media under study. a and b: Normal shape of parasite inoculated in fresh media with no drug added after 48 hours of culture. c: Auranofin-treated parasite showing shape distortion and loss of flagella and some showing a round form (arrow). d: Severe distortion in the shape and loss of flagella with detached membrane in lopinavir/ritonavir-treated promastigote. e: Sorafenib-treated promastigote showing a large dimple (arrow) on its body surface as well as loss of flagella.
Figure 2
Figure 2. Ultrastructural changes in promastigotes from different media. a and b: Normal parasite inoculated in fresh media with no drug added after 48 hours of culture. c: Auranofin-treated promastigotes showing evident acidocalcinosis (arrows). d: Lopinavir/ritonavir-treated promastigotes showing evident acidocalcinosis (thick arrow) and degenerated nuclear membrane (thin arrow) with condensed chromatin granules close to the nuclear membrane suggesting apoptosis. Vacuoles with different densities and autophagy vesicles with double membrane were also present. e: Sorafenib- treated promastigotes showing acidocalcinosis and shrinkage of the cytoplasm (arrow).
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References

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