Las nanopartículas antibióticas combaten las bacterias resistentes a los fármacos.

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Tratamiento dirigido podría ser utilizado para la neumonía y otras infecciones bacterianas.

La resistencia a los antibióticos es un problema creciente, especialmente entre un tipo de bacterias que se clasifican como «Gram-negativas». Estas bacterias tienen dos membranas celulares, lo que hace más difícil para los medicamentos a penetrar y matar a las células.

Los investigadores del MIT y otras instituciones esperan utilizar la nanotecnología para desarrollar tratamientos más específicos para estos insectos resistentes a los medicamentos. En un nuevo estudio, informan que un péptido antimicrobiano envasado en una nanopartícula de silicio redujo drásticamente el número de bacterias en los pulmones de ratones infectados con Pseudomonas aeruginosa, una enfermedad que causa la bacteria Gram-negativa que puede conducir a la neumonía.

Este enfoque, que también podría adaptarse a otras infecciones bacterianas difíciles de tratar como la tuberculosis, se basa en una estrategia que los investigadores utilizaron previamente para suministrar fármacos contra el cáncer.

En el caso de la infección, como en el caso del cáncer, el nombre del juego está matando algo de forma selectiva, usando una droga que tiene efectos secundarios potenciales «, dice Sangeeta Bhatia, profesora de John y Dorothy Wilson Ciencias de la Salud y Tecnología e Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación y miembro del Instituto Koch de Investigación Integrativa del Cáncer y del Instituto de Ingeniería y Ciencia Médicas del MIT.

Bhatia es el autor principal del estudio, que aparece en la revista Advanced Materials . El autor principal es Ester Kwon, un científico investigador en el Instituto Koch. Otros autores son Matthew Skalak, graduado del MIT y ex-técnico de investigación del Instituto Koch; Alessandro Bertucci, becario post-doctoral Marie Curie de la Universidad de California en San Diego; Gary Braun, postdoctorado en el Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute; Francesco Ricci, profesor asociado de la Universidad de Roma Tor Vergata; Erkki Ruoslahti, profesor del Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute; Y Michael Sailor, profesor de UCSD.

Péptidos sinérgicos

A medida que las bacterias crecen cada vez más resistentes a los antibióticos tradicionales, una alternativa que algunos investigadores están explorando es los péptidos antimicrobianos – proteínas defensivas naturales que pueden matar a muchos tipos de bacterias al interrumpir objetivos celulares tales como membranas y proteínas o procesos celulares como la síntesis de proteínas.

Hace unos años, Bhatia y sus colegas comenzaron a investigar la posibilidad de administrar péptidos antimicrobianos de una manera específica usando nanopartículas. También decidieron intentar combinar un péptido antimicrobiano con otro péptido que ayudaría al fármaco a cruzar las membranas bacterianas. Este concepto se basó en trabajos previos que sugieren que estos «péptidos en tándem» podrían destruir eficazmente las células cancerosas.

Para el péptido antimicrobiano, los investigadores eligieron una toxina bacteriana sintética llamada KLAKAK. Adjuntaron esta toxina a una variedad de «péptidos del tráfico», que interaccionan con membranas bacterianas. De los 25 péptidos tándem probados, el mejor resultó ser una combinación de KLAKAK y un péptido llamado lactoferrina, que fue 30 veces más eficaz para matar a Pseudomonas aeruginosa que los péptidos individuales por sí mismos. También tenía efectos tóxicos mínimos en las células humanas.

Para minimizar aún más los potenciales efectos secundarios, los investigadores empaquetaron los péptidos en nanopartículas de silicio, lo que impide que los péptidos se liberen demasiado pronto y dañen el tejido mientras se dirigen a sus objetivos. Para este estudio, los investigadores entregaron las partículas directamente en la tráquea, pero para uso humano, planean diseñar una versión que podría ser inhalada.

Después de que las nanopartículas fueron entregadas a los ratones con una infección bacteriana agresiva, los ratones tenían aproximadamente un millonésimo el número de bacterias en sus pulmones como ratones no tratados, y sobrevivieron más tiempo. Los investigadores también encontraron que los péptidos podrían matar cepas de Pseudomonas resistentes a los fármacos tomadas de pacientes y cultivadas en el laboratorio.

Adaptación de conceptos

Las enfermedades infecciosas son un área bastante nueva de investigación para el laboratorio de Bhatia, que ha pasado la mayor parte de los últimos 17 años desarrollando nanomateriales para tratar el cáncer. Hace unos años, comenzó a trabajar en un proyecto financiado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) para desarrollar tratamientos específicos para las infecciones del cerebro, lo que llevó al nuevo proyecto de infección pulmonar.

«Hemos adaptado muchos de los mismos conceptos de nuestro trabajo sobre el cáncer, incluyendo aumentar la concentración local de la carga y luego hacer que la carga interactuar selectivamente con el objetivo, que ahora es bacterias en lugar de un tumor», dice Bhatia.

Ahora está trabajando en la incorporación de otro péptido que ayudaría a la orientación de los péptidos antimicrobianos a la ubicación correcta en el cuerpo. Un proyecto relacionado implica el uso de péptidos de tráfico para ayudar a los antibióticos existentes que matan bacterias Gram-positivas a cruzar la doble membrana de bacterias Gram-negativas, permitiéndoles matar esas bacterias también.