Desarrollo de nanopartículas para detectar y eliminar patógenos multirresistentes.



Los patógenos multirresistentes son un problema grave y creciente en la medicina actual. Cuando los antibióticos son ineficaces, estas bacterias pueden causar infecciones potencialmente mortales. Los investigadores de Empa y ETH Zurich están desarrollando nanopartículas que pueden usarse para detectar y matar patógenos multirresistentes que se esconden dentro de las células de nuestro cuerpo. El equipo publicó el estudio en la edición actual de la revista Nanoscale.

En la carrera armamentista “la humanidad contra las bacterias”, las bacterias están por delante de nosotros. Nuestras antiguas armas milagrosas, los antibióticos, están fallando cada vez con más frecuencia cuando los gérmenes utilizan maniobras complicadas para protegerse de los efectos de estos medicamentos. Algunas especies incluso se retiran al interior de las células humanas, donde permanecen “invisibles” para el sistema inmunológico. Estos patógenos particularmente temidos incluyen estafilococos multirresistentes (MRSA), que pueden causar enfermedades potencialmente mortales como sepsis o neumonía.

Para rastrear los gérmenes en sus escondites y eliminarlos, un equipo de investigadores de Empa y ETH Zurich está desarrollando nanopartículas que utilizan un modo de acción completamente diferente al de los antibióticos convencionales: mientras que los antibióticos tienen dificultades para penetrar en las células humanas, estas nanopartículas , debido a su pequeño tamaño y estructura, puede penetrar la membrana de las células afectadas. Una vez allí, pueden combatir las bacterias.

Biovidrio y metal

El equipo de Inge Herrmann y Tino Matter ha utilizado óxido de cerio, un material con propiedades antibacterianas y antiinflamatorias en su forma de nanopartículas. Los investigadores combinaron las nanopartículas con un material cerámico bioactivo conocido como biovidrio. El biovidrio es de interés en el campo médico porque tiene propiedades regenerativas versátiles y se utiliza, por ejemplo, para la reconstrucción de huesos y tejidos blandos.

A continuación, sintetizaron híbridos de nanopartículas fabricadas con llama hechas de óxido de cerio y biovidrio. Las partículas ya se han utilizado con éxito como adhesivos para heridas (https: //www.empa.ch /Delaware/web/s604 /empa-innovation-award-2020), mediante el cual se pueden utilizar varias propiedades interesantes simultáneamente: gracias a las nanopartículas, se puede detener el sangrado, se puede atenuar la inflamación y se puede acelerar la cicatrización de heridas. Además, las nuevas partículas muestran una eficacia significativa contra las bacterias, mientras que el tratamiento es bien tolerado por las células humanas.

Recientemente, la nueva tecnología fue patentada con éxito. El equipo ha publicado ahora sus resultados en la revista científica. Nanoescala en la “Colección de investigadores emergentes 2021”.

Destrucción de gérmenes

Los investigadores pudieron mostrar las interacciones entre las nanopartículas híbridas, las células humanas y los gérmenes utilizando microscopía electrónica, entre otros métodos. Si las células infectadas se trataron con nanopartículas, las bacterias dentro de las células comenzaron a disolverse. Sin embargo, si los investigadores bloquearon específicamente la absorción de las partículas híbridas, el efecto antibacteriano desapareció.

El modo de acción exacto de las partículas aún no se comprende completamente. Se ha demostrado que otros metales también tienen efectos antimicrobianos. Sin embargo, el cerio es menos tóxico para las células humanas que, por ejemplo, la plata. Los científicos asumen actualmente que las nanopartículas afectan la membrana celular de las bacterias, creando especies reactivas de oxígeno que conducen a la destrucción de los gérmenes. Dado que la membrana de las células humanas es estructuralmente diferente, nuestras células no se ven afectadas por este proceso.

Los investigadores creen que es menos probable que se desarrolle resistencia contra un mecanismo de este tipo.

Además, las partículas de cerio se regeneran con el tiempo, por lo que el efecto oxidativo de las nanopartículas en las bacterias puede comenzar de nuevo “.

Tino Matter, Investigador de Empa

De esta forma, las partículas de cerio podrían tener un efecto duradero.

A continuación, los investigadores quieren analizar las interacciones de las partículas en el proceso de infección con más detalle para optimizar aún más la estructura y composición de las nanopartículas. El objetivo es desarrollar un agente antibacteriano simple y robusto que sea eficaz dentro de las células infectadas.

Gérmenes engañosos

Entre las bacterias, hay algunos patógenos particularmente tortuosos que penetran en las células y, por lo tanto, son invisibles para el sistema inmunológico. Así es como sobreviven momentos en los que la defensa del cuerpo está en alerta. Este fenómeno también es conocido por

estafilococos. Pueden retirarse a las células de la piel, el tejido conectivo, los huesos e incluso el sistema inmunológico. El mecanismo de esta persistencia aún no se comprende completamente.

Los estafilococos son en su mayoría gérmenes inofensivos que se pueden encontrar en la piel y las membranas mucosas. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, las bacterias inundan el cuerpo y causan una inflamación severa, o incluso provocan un shock tóxico y sepsis. Esto convierte a los estafilococos en la principal causa de muerte por infecciones con un solo tipo de patógeno.

El creciente número de infecciones estafilocócicas que ya no responden al tratamiento con antibióticos es particularmente precario. Los MRSA, los gérmenes multirresistentes, son particularmente temidos en los hospitales donde, como patógenos nosocomiales, causan infecciones de heridas mal tratables o colonizan catéteres y otros equipos médicos. En total, alrededor de 75.000 infecciones hospitalarias ocurren en Suiza cada año, 12.000 de las cuales son mortales.

Cerio: el comodín entre los elementos químicos

El elemento químico cerio recibió injustamente el nombre del planeta enano Ceres; el metal plateado está causando un gran revuelo. Como óxido de cerio, se incorpora a los catalizadores de automóviles, y también se utiliza en la fabricación de productos tan diversos como hornos autolimpiantes, parabrisas y diodos emisores de luz (LED). Sus propiedades antimicrobianas y antiinflamatorias también lo hacen interesante para aplicaciones médicas.

Fuente:

Referencia de la revista:

Materia, MT, et al. (2021) Los nanohíbridos inorgánicos combaten las bacterias resistentes a los antibióticos que se esconden dentro de los macrófagos humanos. Nanoescala. doi.org/10.1039/D0NR08285F.

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