Investigadores de IBM y el Instituto de Bioingeniería y Nanotecnología han logrado un avance en nanomedicina en el que convirtieron materiales plásticos comunes como el tereftalato de polietileno (PET) en materiales no tóxicos y biocompatibles diseñados para atacar y atacar específicamente las infecciones fúngicas. Esta investigación se publicó hoy en la revista revisada por pares, Comunicaciones de la naturaleza .
Más de mil millones de personas se ven afectadas por infecciones fúngicas cada año, que varían en gravedad desde afecciones cutáneas tópicas como el pie de atleta hasta infecciones fúngicas de la sangre que amenazan la vida. Es más probable que la infección ocurra cuando el sistema inmunológico del cuerpo está comprometido debido a una enfermedad como el VIH / SIDA, cáncer o al recibir tratamiento con antibióticos.
Existe una necesidad imperiosa de desarrollar agentes antifúngicos eficientes y específicos de la enfermedad para mitigar este creciente problema de resistencia a los medicamentos. Los tratamientos antimicóticos tradicionales necesitan ingresar a la célula para atacar la infección, pero tienen problemas para atacar y penetrar la pared de la membrana del hongo. También, dado que los hongos son metabólicamente similares a las células de los mamíferos, Los medicamentos existentes pueden tener problemas para diferenciar entre células sanas e infectadas.
Reconociendo esto, Los científicos de IBM aplicaron un proceso catalítico orgánico para facilitar la transformación del PET, o desperdiciar plástico de una botella, en moléculas completamente nuevas que se pueden transformar en agentes antifúngicos. Esto es importante, ya que las botellas de plástico se reciclan normalmente mediante conexión a tierra mecánica y, en su mayoría, solo se pueden reutilizar en productos secundarios como la ropa. alfombras o equipo de juegos.
Cómo funciona
Estos nuevos agentes antifúngicos se autoensamblan a través de un proceso de enlace de hidrógeno, pegándose entre sí como un Velcro molecular en forma de polímero para formar nanofibras. Esto es importante porque estos agentes antifúngicos solo son activos como terapéuticos en forma de fibra o similar a un polímero.
Esta nueva nanofibra lleva una carga positiva y puede apuntar y adherirse selectivamente solo a las membranas fúngicas cargadas negativamente en función de la interacción electrostática. Luego atraviesa y destruye las paredes de la membrana celular de los hongos, evitando que desarrolle resistencia.
Según el Dr. Yi Yan Yang, Lider de grupo, IBN, "La capacidad de estas moléculas para autoensamblarse en nanofibras es importante porque, a diferencia de las moléculas discretas, las fibras aumentan la concentración local de cargas catiónicas y la masa del compuesto. Esto facilita la orientación de la membrana fúngica y su posterior lisis, permitiendo la destrucción de los hongos a bajas concentraciones ".
Aprovechando las capacidades computacionales de IBM Research, los investigadores simularon los ensamblajes antifúngicos, predecir qué modificaciones estructurales crearían la eficacia terapéutica deseada.
"A medida que avanzan las metodologías de predicción computacional, Podemos comenzar a establecer reglas básicas para el autoensamblaje para diseñar terapias complejas para combatir infecciones, así como la encapsulación efectiva. transporte y entrega de una amplia variedad de cargamentos a los sitios enfermos de destino, "dijo el Dr. James Hedrick, Científico avanzado de materiales orgánicos, IBM Research - Almaden.
La concentración mínima inhibitoria (MIC) de las nanofibras, que es la concentración más baja que inhibe el crecimiento visible de hongos, demostró una fuerte actividad antifúngica contra múltiples tipos de infecciones fúngicas. En estudios adicionales realizados por IBN de Singapur, las pruebas mostraron que las nanofibras erradicaron más del 99,9% de C. albicans, una infección por hongos que causa la tercera infección del torrente sanguíneo más común en los Estados Unidos, después de una sola hora de incubación y no indicó resistencia después de 11 tratamientos. Los medicamentos antimicóticos convencionales solo pudieron suprimir el crecimiento de hongos adicionales, mientras que la infección mostró resistencia a los medicamentos después de seis tratamientos
Los hallazgos adicionales de esta investigación indicaron que las nanofibras dispersaron eficazmente las biopelículas de hongos después de un tratamiento único, mientras que los medicamentos antimicóticos convencionales no fueron efectivos contra las biopelículas.
The in vivo antifungal activity of the nanofibers was also evaluated in a mouse model using a contact lens-associated C. albicans biofilm infection. The nanofibers significantly decreased the number of fungi, hindered new fungal structure growth in the cornea and reduced the severity of existing eye inflammation. These experiments also showed mammalian cells survived long after incubation with the nanofibers, indicating excellent in vitro biocompatibility. Además, no significant tissue erosion is observed in the mouse cornea after topical application of the nanofibers.
"A key focus of IBN's nanomedicine research efforts is the development of novel polymers and materials for more effective treatment and prevention of various diseases, " said Professor Jackie Y. Ying, IBN Executive Director. "Our latest breakthrough with IBM allows us to specifically target and eradicate drug-resistant and drug-sensitive fungi strains and fungal biofilms, without harming surrounding healthy cells."
