Nanopartículas recubiertas con antibióticos: nueva estrategia para matar cepas de bacterias resistentes
Desde que en 1928 Alexander Fleming descubrió el primer antibiótico, la clásica penicilina, comenzó una época de oro para la antibioticoterapia, debida a su amplio espectro antibacteriano y baja toxicidad exhibida, aún a dosis más elevadas.
Conforme pasó el tiempo, las bacterias pudieron adaptarse ante esta arma mortal, a través de sucesivas mutaciones y sobrevivir, a través de la síntesis de las β-lactamasas, que requirieron esfuerzos adicionales en la síntesis de nuevos antibióticos, que inhiben estas enzimas o utilizan otros mecanismos “sabotear” a las bacterias.
La aparición de cepas de bacterias resistentes a antibióticos de amplio espectro se ha vuelto una verdadera pesadilla en el mundo de la medicina, debido al uso indiscriminado de los antibióticos y a las mutaciones de estos microscópicos seres.
Un poco de “nano-historia”
Desde la década del cincuenta que los investigadores están intentando realizar una síntesis exitosa y útil de nanoobjetos con finalidades biológicas, procesos que han sido ensayados a través de simuladores moleculares, para lograr una mejor comprensión de los fenómenos cinéticos y termodinámicos involucrados directamente para lograr una eficiente permeabilización de los fármacos, para poder atravesar la bicapa lipídica de las membranas plasmáticas.
Gracias a los simuladores computacionales en 3D de dinámica molecular (MD) han sido una técnica de gran utilidad para realizar mediciones de índole cuantitativa para predecir el comportamiento biológico de los medicamentos, al momento en que interactúan con células reales.
La nueva estrategia antibacteriana
La nanotecología es una esperanzadora fuente de tratamientos específicos y en casos en que otras terapéuticas no dan resultados satisfactorios, dada su capacidad de introducirse en el lugar mismo en que ocurre la infección y de actuar desde adentro hacia afuera.
El descubrimiento
Según Mateus Borba Cardoso, autor principal del estudio y investigador de la National Energy & Materials Centro de Investigación (CNPEM):
«Hay fármacos comerciales que contienen nanopartículas, que suelen servir para recubrir el ingrediente activo y prolongar su vida dentro del organismo. Nuestra estrategia es diferente. Recubrimos la superficie de las nanopartículas con ciertos grupos químicos que los dirigen al sitio donde están diseñados para actuar, por lo que son altamente selectivos “.
El equipo probó la toxicidad de los llamados «nanoantibióticos”, exponiendo hepatocitos humanos a las nanopartículas, que dieron muestras de no ser tóxicas para las células, pero sí tener un poder bactericida significativo.
Esto significa el haber encontrado una forma efectiva de eliminar bacterias resistentes a los antibióticos, por medio del ataque de nanopartículas estructuradas en base a plata y sílice, recubiertas con el antibiótico ampiclina, para que le entreguen directamente estas nanopartículas mortíferas a los organismos patógenos, que en este caso era una Escherichia coli, una bacteria ampliamente difundida en los intestinos humanos y en el reino animal en general.
En condiciones normales, estas nanopartículas de plata-sílice representarían toxicidad para el organismo, pero al estar con una cubierta de ampicilina, pasan inadvertidas e inertes, sin afectar la replicación celular normal.
Las células bacterianas, al recibir el ataque combinado de las nanopartículas y de la ampicilina en grandes dosis fueron eliminadas exitosamente. Esta actividad bactericida se probó en cepas de E. coli, tanto sensibles, como resistentes a la ampicilina. En paralelo, se realizaron estudios en líneas celulares HEK293T, para descartar efectos tóxicos residuales de estos nanomateriales sobre las células humanas.
Microfotografía electrónica de barrido de E. coli.
La tecnología empleada
El inconveniente que presentaban originalmente las nanopartículas metálicas de plata era la de mostrar una baja estabilidad en estado coloidal con la consiguiente tendencia a agregarse en el ambiente celular normal.
La solución fue recubrirlas con sílice, que permitió un aumento en su biocompatibilidad y estabilidad coloidal. Además, sus superficies se hicieron funcionales a partir de su grupos amina, que son capaces de reaccionar con el grupo carboxílico procedentes de los antibióticos.
Lo que resulta en la observación de nanopartículas de plata que quedan completamente revestidas por sílice, dando lugar a la formación de estructuras esféricas bastante regulares con baja capacidad de dispersión.
Con el fin de asegurarse que la reducción de la viabilidad de las bacterias fue causada por los materiales ensayados, se preparó y testeó en paralelo un control del crecimiento. Así, se pudo evaluar si los materiales sintetizados eran capaces de inhibir y matar a las bacterias ensayadas, a través de diluciones bacterianas y su posterior cultivo sobre placas de agar.
Para el caso del testeo de las E. coli resistentes a la ampicilina, fue necesario añadir una solución de ampicilina (concentración de 100 μg / ml) al medio líquido de dilución, así como a las placas de agar, con el fin de prevenir el crecimiento de bacterias susceptibles que pudieran contaminar.
La actividad bactericida de los nanoantibióticos se evaluó haciendo el recuento de número de colonias formadas en placas de agar. Todos los experimentos fueron realizados por triplicado y en simultáneo, considerando los valores promedios.
En conclusión
Este resultado vislumbra un esperanzador futuro para el tratamiento de las bacterias resistentes a los antibióticos, con una alta efectividad bactericida y baja toxicidad de las células del organismo en tratamiento.
