Los ninjas humanos eran famosos por buscar y destruir rápida y sigilosamente a sus oponentes. Las partículas ninja son así también, sólo microscópicamente. Toshifumi Kitamura / AFP / Getty Images Los ninja eran guerreros sigilosos en la historia de Japón a los que a menudo se les encargaba de infiltrarse y asesinar enemigos. Las partículas ninja hacen más o menos lo mismo:atacar y matar.
Creado y nombrado por investigadores de IBM y el Instituto de Bioingeniería y Nanotecnología de Singapur, Estos minúsculos atacantes pueden resolver dos problemas que afectan a la medicina moderna:las bacterias resistentes a los antibióticos y las biopelículas. En el primer frente, la mitad de los pacientes hospitalizados en los Estados Unidos sufren de infección adquirida en el hospital con bacterias resistentes a los medicamentos, según algunas estimaciones, y las infecciones de estas bacterias son cada vez más difíciles de tratar [fuente:Liu]. Superbacterias como resistente a la meticilina que causa infecciones Staphylococcus aureus y Escherichia coli , han desarrollado una resistencia a los antibióticos tradicionales. Como resultado, Los científicos y los médicos se ven obligados a buscar opciones de tratamiento alternativas para matar estas bacterias. Segundo, las biopelículas que se forman en la superficie de los dispositivos médicos también plantean un gran problema. A medida que estas sustancias pegajosas plagadas de bacterias recubren catéteres y otros implantes médicos, los dispositivos se convierten en un vehículo para transportar bacterias al cuerpo.
Introduzca la partícula ninja. En estilo ninja clásico, estas pequeñas partículas (1, ¡000 veces más pequeño que un grano de arena!) Puede algún día infiltrarse en el cuerpo, cazar la bacteria ofensiva y matarla de una manera que deje al microbio como si hubiera sido atacado con una estrella ninja. Como su tocayo, esta partícula es buena en su trabajo. Se enfoca en su objetivo y se las arregla para dejar ilesas a otras células. Las partículas son igualmente hábiles para eliminar las biopelículas que se forman en las superficies, haciendo que estas pequeñas fuerzas ninjas sean tenidas en cuenta.
Siga leyendo para obtener más información sobre cómo estas partículas se abrieron paso en el laboratorio y lo que pueden hacer por nosotros.
Contenido
Parece una célula bacteriana sin nada que temer, ¿Derecha? Ve a la página siguiente para ver cómo se ve después de que una partícula ninja llega a ella. Imagen cortesía de IBM Cuando el investigador Yi Yan Yang se enteró del trabajo que el químico Jim Hedrick estaba haciendo en IBM sobre microelectrónica, ella inmediatamente se acercó a él sobre una colaboración, diciéndole que sus avances en investigación podrían utilizarse mejor en medicina. Desde entonces, su asociación ha dado como resultado el desarrollo de un grupo muy prometedor de nanopartículas denominadas "partículas ninja".
El sistema inmunológico humano inspiró su creación. Cuando una persona se enferma, su cuerpo secreta péptidos antimicrobianos . Estas moléculas que luchan contra las bacterias buscan un microbio, aferrarse a él y matarlo (esa última parte puede suceder de diferentes maneras). Hedrick y Yang se propusieron hacer una partícula en el laboratorio que haría lo mismo.
La nanopartícula que crearon está hecha de un tipo especial de polímero. Polímeros son super largas, moléculas encadenadas. Plástica, por ejemplo, son todos polímeros. La nanopartícula de polímero que desarrollaron Hedrick y Yang tiene tres partes que la hacen tan hábil para matar bacterias.
Con estas tres partes, Se ha demostrado que las partículas ninja son eficaces para matar resistentes a la meticilina. Staphylococcus aureus (MRSA), E. coli y ciertos tipos de hongos [fuente:Yang]. Además, las nanopartículas se pueden utilizar para revestir dispositivos médicos como catéteres, que son conocidos por el crecimiento de biopelículas plagadas de bacterias. El revestimiento evita que se formen bacterias en las superficies, reduciendo la posibilidad de infecciones en pacientes con estos dispositivos implantados.
Así es como se ve la célula bacteriana después de que una partícula ninja se ha posado sobre ella:reventada (o lisada). Imagen cortesía de IBM Entonces, las partículas ninja están especialmente diseñadas para atacar las bacterias y matarlas, ¿pero cómo? El primer paso es encontrar las células bacterianas ofensivas en un mar de células de mamíferos. Aquí es donde se afianza el principio clave de "los opuestos se atraen". La superficie de las células bacterianas tiene una carga más negativa que la de las células de los mamíferos. Para sentirse atraído específicamente por las células bacterianas, las partículas ninja deben tener la carga opuesta, positiva. Recogen esta carga positiva en su superficie a través de un proceso llamado autoensamblaje . Cada partícula se compone de muchos, muchas hebras más pequeñas de polímeros. Estos polímeros se agrupan, o autoensamblar, para formar bolitas llamadas micelas . Debido a las interacciones atractivas entre diferentes partes de la cadena del polímero, estas micelas se forman naturalmente en el agua con el exterior de la bola recubierto con una carga positiva. Y listo, la bola de carga positiva es naturalmente atraída por el microbio cargado negativamente.
Una vez ahí, la partícula ninja se adhiere a la célula bacteriana. Las porciones cargadas positivamente de la partícula que ayudaron a encontrar selectivamente las células bacterianas también actúan como agentes antibacterianos, haciendo agujeros en la pared de la celda. Este proceso, llamado lisis de membrana , arruina la estructura de la celda, haciendo que las tripas de la célula comiencen a supurar, sin esperanza de recuperación. Esta, De hecho, es donde los investigadores inventaron el nombre "ninja" para sus partículas. El método de matar de perforar la pared de la celda con agujeros es similar a lo que podría suceder si la celda fuera atacada con una estrella ninja.
Una de las mejores partes de este proceso es que las bacterias nunca tienen la oportunidad de desarrollar resistencia. Los antibióticos actúan paralizando selectivamente ciertas partes del mecanismo celular, manteniendo intactas la mayoría de las características estructurales. El método de partículas ninja, a diferencia de, es muy dañino físicamente para la célula, y las bacterias no tienen la oportunidad de desarrollar potencialmente una resistencia a las partículas ninja [fuente:Nederberg et al].
La vida útil de las partículas ninja se puede ajustar para que sean capaces de matar las células bacterianas antes de morir ellas mismas. Finalmente, sin embargo, las enzimas en el cuerpo comienzan a degradar las partículas y se deshacen, con los pedazos más pequeños resultantes que son excretados por el cuerpo [fuente:Hedrick].
Los bacteriófagos pueden representar otra opción de tratamiento para los médicos que luchan contra las infecciones bacterianas. Science Picture Co / Getty Images Con el movimiento hacia un mundo post-antibióticos, Los científicos han presionado para encontrar tratamientos alternativos para las infecciones que no involucren antibióticos. Se ha avanzado con virus llamados bacteriófagos , que secuestran la maquinaria interna de la bacteria y la hacen explotar como un globo. Se han realizado otros trabajos con toxinas producidas por bacterias ( bacteriocinas ) para eliminar las bacterias que causan infecciones. Los avances que más se relacionan con las partículas ninja son las terapias que involucran catiónico o péptidos antimicrobianos . Estas moléculas también pueden apuntar selectivamente a las bacterias debido a la atracción opuesta de cargas en sus superficies. Su método de matar las células bacterianas se basa en la interrupción de la comunicación entre las células [fuente:Borel]. Esta terapia sin embargo, ha estado plagado de varios problemas:toxicidad para la salud, células no bacterianas (por ejemplo, las células de mamíferos pueden romperse y liberar su contenido); vida media corta en vivo (no duran mucho en el cuerpo) y altos costos de fabricación [fuente:Nederberg et al].
Las partículas ninja resuelven muchos de estos problemas. Son compatibles con la sangre, tener una toxicidad mínima o nula para los glóbulos rojos; son lo suficientemente estables para seguir siendo eficaces in vivo; se biodegradan fácilmente y son órdenes de magnitud más baratas de fabricar. Las partículas ninja no son las únicas bacterias que luchan contra las partículas. Investigadores de todo el mundo han realizado avances similares en el desarrollo de otras moléculas pequeñas con propiedades antimicrobianas o en la creación de enfoques basados en nanopartículas para la administración de fármacos [fuentes:Zhu y Gao]. Estas partículas se unen a una creciente comunidad de terapias basadas en nanopartículas. Las nanopartículas se utilizan en aplicaciones medicinales como la obtención de imágenes médicas (como la resonancia magnética) y en el tratamiento de una amplia gama de enfermedades como el cáncer y el SIDA.
Las partículas ninja tienen el potencial de tener un gran impacto en nuestras vidas. Su capacidad demostrada para buscar y matar bacterias resistentes a los antibióticos significa que algún día podríamos verlas en forma de medicamento inyectable. Los investigadores continúan recopilando datos sobre la eficacia y la toxicidad (o la falta de toxicidad, en realidad) de estas partículas. Una vez que hayan completado sus pruebas, Las compañías farmacéuticas pueden intervenir para realizar ensayos en humanos que controlen cómo estas partículas combaten las infecciones bacterianas dentro del cuerpo.
Fuera del cuerpo es posible que comencemos a ver partículas ninja utilizadas como desinfectantes y para detener la formación de biopelículas. Las bacterias que forman las biopelículas son muy buenas para protegerse. Muchos aerosoles en el mercado tienen dificultades para atravesar las capas protectoras de una biopelícula para desinfectar las superficies. Partículas ninja, por otra parte, son capaces de erradicar las bacterias en estas biopelículas al contacto, proporcionando una excelente manera de limpiar dispositivos médicos, o incluso superficies de preparación de alimentos.
Estas nanopartículas pueden encontrar su camino en nuestros productos de cuidado personal, también, esencialmente cualquier lugar donde no quisiéramos la acumulación de bacterias. Pueden usarse para recubrir lentes de contacto o colocarse como aditivos en cosas como enjuagues bucales, desodorantes y detergentes. Incluso se pueden utilizar en sistemas de purificación de agua. Las malas bacterias están en todas partes y estas partículas ninja están preparadas para encontrarlas y destruirlas.
Es mejor cuando algo que tiene un nombre genial realmente hace honor a su nombre. Y las partículas ninja son tan impresionantes como su nombre lo indica. Mientras escribía este artículo, Me encantaba imaginarme estas partículas deslizándose sigilosamente por el cuerpo, encontrar a los tipos de bacterias malas y abrirlos. Esta investigación es muy prometedora; No puedo esperar a encontrar estas partículas en el mercado. La única parte que me entristece es que cuando un día lo hacen en nuestros productos de cuidado personal o en nuestros medicamentos, que no podré desplazarme por los ingredientes y ver la lista de "partículas ninja". Desafortunadamente, Creo que la FDA y otras organizaciones reguladoras pueden exigir sus nombres químicos reales. Demasiado.
