Los patógenos multirresistentes son un problema grave y creciente en la medicina moderna. Cuando los antibióticos no son efectivos, estas bacterias pueden causar infecciones potencialmente mortales. Investigadores de Empa y ETH Zurich ahora han desarrollado nuevas nanopartículas que pueden usarse para detectar y matar patógenos multirresistentes que se esconden en las células del cuerpo, como escriben en un estudio actual en la revista especializada "Nanoscale". 
En la carrera armamentista "la humanidad contra las bacterias", las bacterias están actualmente a la cabeza. Nuestras balas mágicas, los antibióticos, están fallando cada vez más contra los gérmenes que usan maniobras engañosas para protegerse de los efectos de las drogas. Algunas especies incluso se retiran al interior de las células del cuerpo humano, donde el sistema inmunitario no las molesta. Estos patógenos particularmente temidos también incluyen los llamados estafilococos multirresistentes (MRSA), que pueden causar enfermedades potencialmente mortales, como envenenamiento de la sangre o neumonía.
Contacto mortal: Investigadores de Empa y ETH Zurich han desarrollado nanopartículas (rojo) que pueden matar bacterias resistentes (amarillo). Imagen: Empa
Para rastrear los gérmenes en su escondite y hacerlos inofensivos, un equipo de investigadores de Empa y ETH Zurich ahora ha desarrollado nanopartículas que usan un mecanismo de acción completamente diferente al de los antibióticos convencionales: mientras que los antibióticos tienen dificultad para penetrar las células del cuerpo, estos las nanopartículas son capaces de hacerlo por su pequeño tamaño y naturaleza, para poder penetrar en el interior de la célula afectada. Una vez allí, combaten las bacterias.
biovidrio y metal
El equipo dirigido por Inge Herrmann y Tino Matter utilizó el material óxido de cerio, que en su forma de nanopartícula tiene un efecto antibacteriano y antiinflamatorio. Los investigadores combinaron las nanopartículas con un material cerámico bioactivo, el llamado biovidrio. El biovidrio es interesante para la medicina porque tiene propiedades regenerativas versátiles y se utiliza, por ejemplo, para la reconstrucción de huesos y tejidos blandos.
Finalmente, se produjeron híbridos de nanopartículas de óxido de cerio y biovidrio mediante síntesis de llama. Las partículas ya se han utilizado con éxito como adhesivos para heridas (https://www.empa.ch/de/web/s604/empa-innovation-award-2020), por lo que se pueden utilizar varias propiedades interesantes simultáneamente: gracias a las nanopartículas, se puede prevenir el sangrado, reducir la inflamación y acelerar la cicatrización de heridas. Además, las nuevas partículas muestran un efecto antibacteriano significativo, mientras que las células humanas toleran bien el tratamiento. La nueva tecnología fue recientemente patentada con éxito. El equipo ahora ha publicado sus resultados en la revista especializada Nanoscale en la Emerging Investigator Collection 2021.
destruir bacterias
Los investigadores pudieron mostrar las interacciones entre las nanopartículas híbridas, las células del cuerpo y los gérmenes mediante estudios de microscopía electrónica, entre otras cosas. Cuando las células infectadas fueron tratadas con nanopartículas, las bacterias dentro de las células comenzaron a disolverse. Si, por otro lado, los investigadores bloquearon específicamente la absorción de las partículas híbridas, el efecto antibacteriano también se detuvo.
El mecanismo exacto de acción de las partículas que contienen cerio aún no se ha aclarado por completo. Se ha comprobado que otros metales también tienen efectos antimicrobianos. Sin embargo, el cerio es menos tóxico para las células del cuerpo que la plata, por ejemplo. Actualmente, los investigadores suponen que las nanopartículas actúan sobre la membrana celular de las bacterias, creando compuestos de oxígeno reactivo que conducen a la destrucción de los gérmenes. Dado que la membrana de las células humanas tiene una estructura diferente, las células del cuerpo se salvan de este proceso.
Según los investigadores, probablemente se desarrollarían menos resistencias contra dicho mecanismo. “Además, las partículas de óxido de cerio se regeneran con el tiempo, por lo que el efecto oxidativo de las nanopartículas sobre las bacterias se reinicia”, afirma Tino Matter, investigador de Empa. De esta forma, las partículas de cerio podrían lograr un efecto duradero.
A continuación, los investigadores quieren analizar con más detalle las interacciones de las partículas en el proceso de infección para optimizar aún más la estructura y composición de las sustancias nanoactivas. El objetivo es desarrollar un agente antibacteriano simple y robusto que sea efectivo dentro de las células infectadas.
Bacterias: gérmenes engañosos
Entre las bacterias, hay algunos patógenos particularmente complicados que penetran en las células del cuerpo y son invisibles para el sistema inmunológico. De esta forma, sobreviven momentos en los que el sistema de defensa del organismo está alerta. Este fenómeno también es conocido por los estafilococos. Pueden retirarse a las células de la piel, el tejido conectivo, los huesos y el sistema inmunitario. El mecanismo de esta persistencia aún no se comprende completamente.
Los estafilococos son en su mayoría gérmenes inofensivos que pueden aparecer en la piel y las membranas mucosas. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, las bacterias inundan el cuerpo y desencadenan una inflamación severa, que incluye un shock tóxico o envenenamiento de la sangre. 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, gérmenes multirresistentes, son temidos sobre todo en los hospitales, donde, como patógenos nosocomiales, provocan infecciones de heridas de difícil tratamiento o colonizan catéteres y dispositivos. En total, cada año se producen en Suiza unas 75.000 infecciones hospitalarias, 12.000 de las cuales son mortales.
Contactos científicos:
Tino Materia Partículas-Biología Interacciones (Empa) Tel. +41 58 765 72 33[email protected]
Prof. Dr. Inge Herrmann Interacciones partículas-biología (Empa) y laboratorio de ingeniería de sistemas de nanopartículas (ETH Zurich) tel. +41 58 765 74 99[correo electrónico protegido] /[correo electrónico protegido]
Redacción/contacto con los mediosDr. Andrea SixComunicacionesTeléfono +41 58 765 61 33[email protected]
Publicación original:
Matter MT, Doppegieter M, Gogos A, Ren Q, Keevend K, Herrmann IK; Los nanohíbridos inorgánicos combaten las bacterias resistentes a los antibióticos que se esconden dentro de los macrófagos humanos; Nanoescala (2021); https://doi.org/10.1039/D0NR08285F
Información adicional:
https://www.empa.ch/web/s604/terapia con nanopartículas
