Durante las últimas décadas, Los científicos se han enfrentado a desafíos en el desarrollo de nuevos antibióticos incluso cuando las bacterias se han vuelto cada vez más resistentes a los medicamentos existentes. Una estrategia que podría combatir tal resistencia sería abrumar las defensas bacterianas mediante el uso de nanopartículas altamente específicas para administrar grandes dosis de antibióticos existentes.

En un paso hacia ese objetivo, Investigadores del MIT y del Brigham and Women’s Hospital han desarrollado una nanopartícula diseñada para evadir el sistema inmunológico y ubicarse en los sitios de infección. luego desencadenar un ataque antibiótico enfocado.

Este enfoque mitigaría los efectos secundarios de algunos antibióticos y protegería las bacterias beneficiosas que normalmente viven dentro de nuestros cuerpos. dice Aleks Radovic-Moreno, estudiante de posgrado del MIT y autor principal de un artículo que describe las partículas en la revista ACS Nano.

Profesor del Instituto Robert Langer del MIT y Omid Farokzhad, directora del Laboratorio de Nanomedicina y Biomateriales del Brigham and Women’s Hospital, son los autores principales del artículo. Timothy Lu, un profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática, y los estudiantes universitarios del MIT Vlad Puscasu y Christopher Yoon también contribuyeron a la investigación.

Reglas de atracción

El equipo creó las nuevas nanopartículas a partir de un polímero cubierto con polietilenglicol (PEG), que se usa comúnmente para la administración de medicamentos porque no es tóxico y puede ayudar a que las nanopartículas viajen a través del torrente sanguíneo evadiendo la detección por parte del sistema inmunológico.

Su siguiente paso fue inducir a las partículas a apuntar específicamente a las bacterias. Los investigadores han intentado previamente dirigir las partículas a las bacterias dándoles una carga positiva, lo que los atrae a las paredes celulares cargadas negativamente de las bacterias. Sin embargo, el sistema inmunológico tiende a eliminar las nanopartículas cargadas positivamente del cuerpo antes de que puedan encontrar bacterias.

Para superar esto, los investigadores diseñaron nanopartículas portadoras de antibióticos que pueden cambiar su carga dependiendo de su entorno. Mientras circulan en el torrente sanguíneo, las partículas tienen una ligera carga negativa. Sin embargo, cuando se encuentran con un sitio de infección, las partículas adquieren una carga positiva, permitiéndoles unirse fuertemente a las bacterias y liberar su carga útil de drogas.

Este cambio es provocado por el ambiente ligeramente ácido que rodea a las bacterias. Los sitios de infección pueden ser un poco más ácidos que el tejido corporal normal si las bacterias que causan la enfermedad se reproducen rápidamente. agotando el oxígeno. La falta de oxígeno provoca un cambio en el metabolismo bacteriano, llevándolos a producir ácidos orgánicos. Las células inmunes del cuerpo también contribuyen:las células llamadas neutrófilos producen ácidos cuando intentan consumir las bacterias.

Justo debajo de la capa exterior de PEG, las nanopartículas contienen una capa sensible al pH formada por largas cadenas del aminoácido histidina. A medida que el pH desciende de 7 a 6, lo que representa un aumento de la acidez, la molécula de polihistidina tiende a ganar protones. dando a la molécula una carga positiva.

Fuerza abrumadora

Una vez que las nanopartículas se unen a las bacterias, comienzan a liberar su carga útil de drogas, que está incrustado en el núcleo de la partícula. En este estudio, los investigadores diseñaron las partículas para administrar vancomicina, utilizado para tratar infecciones resistentes a los medicamentos, pero las partículas podrían modificarse para administrar otros antibióticos o combinaciones de fármacos.

Muchos antibióticos pierden su eficacia a medida que aumenta la acidez, pero los investigadores encontraron que los antibióticos transportados por nanopartículas retuvieron su potencia mejor que los antibióticos tradicionales en un ambiente ácido.

La versión actual de las nanopartículas libera su carga útil de fármaco en uno o dos días. "No quieres solo una pequeña dosis de droga, porque las bacterias pueden recuperarse una vez que se acaba el fármaco. Desea una liberación prolongada del fármaco para que las bacterias sean atacadas constantemente con grandes cantidades de fármaco hasta que se hayan erradicado. ”Dice Radovic-Moreno.

Joven Jik Kwon, profesor asociado de ingeniería química y ciencia de los materiales en la Universidad de California en Irvine, dice que las nuevas nanopartículas están bien diseñadas y podrían tener un gran impacto potencial en el tratamiento de enfermedades infecciosas, particularmente en los países en desarrollo. “La mayor parte de la nanotecnología se ha dirigido a la administración de medicamentos contra el cáncer o la obtención de imágenes; no muchas personas han mostrado interés en utilizar un enfoque de nanotecnología para las enfermedades infecciosas, "Dice Kwon, que no formaba parte del equipo de investigación.

Aunque se necesita un mayor desarrollo, los investigadores esperan que las altas dosis administradas por sus partículas eventualmente ayuden a superar la resistencia bacteriana. "Cuando las bacterias son resistentes a los medicamentos, no significa que dejen de responder, significa que responden pero solo a concentraciones más altas. Y la razón por la que no puede lograrlos clínicamente es porque los antibióticos a veces son tóxicos, o no permanecen en ese sitio de infección el tiempo suficiente, ”Dice Radovic-Moreno.

Un posible desafío:también hay células tisulares cargadas negativamente y proteínas en los sitios de infección que pueden competir con las bacterias para unirse a las nanopartículas y potencialmente bloquearlas para que no se unan a las bacterias. Los investigadores están estudiando hasta qué punto esto podría limitar la eficacia de su suministro de nanopartículas. También están realizando estudios en animales para determinar si las partículas permanecerán sensibles al pH en el cuerpo y circularán el tiempo suficiente para alcanzar sus objetivos.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.