Sobre la base de una enzima que se encuentra en la naturaleza, investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer han creado un recubrimiento a nanoescala para equipos quirúrgicos, paredes del hospital, y otras superficies que erradican de forma segura la meticilina resistente Staphylococcus aureus (MRSA), la bacteria responsable de las infecciones resistentes a los antibióticos.

"Estamos construyendo sobre la naturaleza, "dijo Jonathan S. Dordick, el Profesor Howard P. Isermann de Ingeniería Química y Biológica, y director del Centro de Biotecnología y Estudios Interdisciplinarios de Rensselaer. "Aquí tenemos un sistema donde la superficie contiene una enzima que es segura de manejar, no parece dar lugar a resistencia, no se filtra al medio ambiente, y no se obstruye con restos celulares. Las bacterias MRSA entran en contacto con la superficie, y son asesinados ".

En pruebas, El 100 por ciento de MRSA en solución murió dentro de los 20 minutos de contacto con una superficie pintada con pintura de látex unida con el recubrimiento.

El nuevo recubrimiento une nanotubos de carbono con lisostafina, una enzima de origen natural utilizada por cepas no patógenas de bacterias Staph para defenderse contra Staphylococcus aureus, incluyendo MRSA. El "conjugado" nanotubo-enzima resultante se puede mezclar con cualquier número de acabados superficiales; en las pruebas, se mezcló con pintura casera de látex común.

A diferencia de otros recubrimientos antimicrobianos, es tóxico solo para MRSA, no depende de los antibióticos, y no filtra productos químicos al medio ambiente ni se obstruye con el tiempo. Se puede lavar repetidamente sin perder eficacia y tiene una vida útil de almacenamiento en seco de hasta seis meses.

La investigación, dirigido por Dordick y Ravi Kane, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de Rensselaer, junto con la colaboración de Dennis W. Metzger en Albany Medical College, y Ravi Pangule, un estudiante graduado de ingeniería química en el proyecto, ha sido publicado en la edición de julio de la revista ACS Nano , publicado por la American Chemical Society.

Dordick dijo que el recubrimiento de nanotubos y enzimas se basa en varios años de trabajo previo que incorpora enzimas en polímeros. En estudios anteriores, Dordick y Kane descubrieron que las enzimas unidas a los nanotubos de carbono eran más estables y estaban más densamente empaquetadas cuando se incrustaban en polímeros que las enzimas solas.

"Si ponemos una enzima directamente en un recubrimiento (como pintura), saldrá lentamente, ", Dijo Kane." Queríamos crear un entorno estabilizador, y los nanotubos nos permiten hacer eso ".

Habiendo establecido los conceptos básicos de la incorporación de enzimas en polímeros, dirigieron su atención a aplicaciones prácticas.

"Nos preguntamos:¿hay ejemplos en la naturaleza en los que se puedan explotar enzimas que tengan actividad contra las bacterias?" Dijo Dordick. La respuesta fue sí y el equipo se centró rápidamente en la lisostafina, una enzima secretada por cepas de Staph no patógenas, inofensivo para los seres humanos y otros organismos, capaz de matar Staphylococcus aureus , incluyendo MRSA, y disponible comercialmente.

"Es muy eficaz. Si pones una pequeña cantidad de lisostafina en una solución con Staphylococcus aureus , Verás que las bacterias mueren casi de inmediato, "Dijo Kane.

La lisostafina actúa primero adhiriéndose a la pared celular bacteriana y luego cortando la pared celular (el nombre de la enzima deriva del griego "lisis" que significa "aflojar o liberar").

"La lisostafina es excepcionalmente selectiva, "Dijo Dordick." No funciona contra otras bacterias y no es tóxico para las células humanas ".

La enzima está unida al nanotubo de carbono con un enlace corto de polímero flexible, que mejora su capacidad para alcanzar las bacterias MRSA, dijo Kane.

"Cuanto más pueda moverse la lisostafina, cuanto más pueda funcionar ", dijo Dordick.

Probaron con éxito el conjugado nanotubo-enzima resultante en el Albany Medical College, donde Metzger mantiene cepas de MRSA.

"Al final del día, tenemos un agente muy selectivo que se puede utilizar en una amplia gama de entornos:pinturas, revestimiento, instrumentos medicos, pomos de las puertas, mascarillas quirúrgicas - y está activo y es estable, "Dijo Kane." Está listo para usar cuando esté listo para usarlo ".

Es probable que el enfoque de nanotubos enzimáticos resulte superior a los intentos anteriores con agentes antimicrobianos, que se dividen en dos categorías:recubrimientos que liberan biocidas, o revestimientos que "lanzan" bacterias.

Los recubrimientos que liberan biocidas, que funcionan de manera similar a la pintura antiincrustante marina, presentan efectos secundarios dañinos y pierden efectividad con el tiempo a medida que su ingrediente activo se filtra al medio ambiente.

Los recubrimientos que atraviesan las bacterias, que utilizan policationes anfipáticos y péptidos antimicrobianos, tienden a obstruirse, perdiendo también efectividad.

El recubrimiento de nanotubos-lisostafina no hace ni dijo Dordick.

"Pasamos bastante tiempo demostrando que la enzima no salió de la pintura durante los experimentos antibacterianos. De hecho, fue sorprendente que la enzima funcionara tan bien mientras permanecía incrustada cerca de la superficie de la pintura, "Dijo Dordick.

La acción de corte o "lítica" de la enzima también significa que el contenido de las células bacterianas se dispersa, o se puede quitar enjuagando o lavando la superficie.

Kane también dijo que es poco probable que MRSA desarrolle resistencia a una enzima natural.

"La lisostafina ha evolucionado durante cientos de millones de años para ser muy difícil de resistir para Staphylococcus aureus, "Es un mecanismo interesante que utilizan estas enzimas y que nosotros aprovechamos", dijo Kane.