Un ingrediente común en el protector solar podría ser un recubrimiento antibacteriano eficaz para implantes médicos como marcapasos y articulaciones de reemplazo.

Investigadores de la Universidad de Michigan encontraron que una capa de nanopirámides de óxido de zinc puede interrumpir el crecimiento de meticilina resistente Staphylococcus aureus (MRSA), reduciendo la película sobre materiales tratados en más del 95 por ciento. Aproximadamente un millón de dispositivos médicos implantados se infectan cada año con MRSA y otras especies bacterianas.

"Es extremadamente difícil tratar estas infecciones, "dijo J. Scott VanEpps, profesor clínico e investigador en el departamento de medicina de urgencias de la Facultad de Medicina de la U-M, cuyo equipo dirigió el estudio biológico.

El tratamiento implica un ciclo prolongado de antibióticos, que puede provocar resistencia a los antibióticos y efectos secundarios tóxicos, o los implantes deben ser reemplazados quirúrgicamente, que puede ser bastante extenso para dispositivos como válvulas cardíacas y articulaciones protésicas, Dijo VanEpps.

Idealmente, a los médicos les gustaría evitar que las infecciones ocurran en primer lugar. Una opción es cubrir los dispositivos con algo en lo que las bacterias no puedan crecer. Los nuevos resultados, publicado en la revista Nanomedicina , Sugieren que tal recubrimiento podría estar hecho de nanopartículas de óxido de zinc, un ingrediente de crema para la protección solar y la dermatitis del pañal que hace que la loción sea más espesa y relativamente opaca.

Si las nanopartículas tienen forma de pirámide con una base en forma de hexágono, son muy eficaces para evitar que una enzima llamada beta-galactosidasa descomponga la lactosa en azúcares más pequeños, glucosa y galactosa, que las bacterias utilizan como combustible.

La forma es importante, tanto para la enzima como para las nanopartículas. La enzima debe poder torcerse para cortar la lactosa en azúcares más pequeños. Dos aminoácidos, o bloques de construcción de proteínas, sentarse uno frente al otro a través de una ranura en la enzima. La lactosa encaja en la ranura, y los aminoácidos se unen para catalizar la descomposición en glucosa y galactosa.

"Aunque es necesario realizar más estudios, Creemos que las nanopiramides de óxido de zinc interfieren con este movimiento de torsión, "dijo Nicholas Kotov, el Profesor Joseph B. y Florence V. Cejka de Ingeniería Química, cuyo grupo hizo las nanopartículas.

La investigación del equipo sugiere que parte de la nanopartícula, un borde o una punta, se inserta en la ranura. Obstruyendo solo uno de los cuatro surcos, las nanopartículas pueden apagar toda la enzima evitando la acción de torsión.

Para explorar el concepto de recubrimiento antibacteriano, El grupo de Kotov cubrió algunas clavijas con las nanopirámides y luego el equipo de VanEpps las metió en una sustancia que permitiría que las bacterias crecieran. Evaluaron cuatro especies de bacterias en clavijas recubiertas y no recubiertas:dos especies de estafilococos (incluido MRSA), una especie que causa neumonía y E. coli .

Después de 24 horas de crecimiento, el número de células estafilocócicas viables recuperadas de las clavijas revestidas fue 95 por ciento menor que las de las clavijas no revestidas. La neumonía y E. coli las especies eran menos susceptibles a las nanopartículas.

"Si bien el recubrimiento no pudo erradicar por completo todas las células estafilocócicas, Esta dramática reducción probablemente podría permitir que los tratamientos con antibióticos tengan éxito o simplemente permitir que el sistema inmunológico humano se haga cargo sin la necesidad de antibióticos. ", Dijo VanEpps.

Estafilococo incluyendo MRSA, es particularmente vulnerable a las nanopirámides porque su pared celular es una matriz de proteínas y azúcares. El equipo sospecha que cuando el MRSA intentó colonizar las clavijas, las nanopiramides se unen a las enzimas que forman la pared celular. Dado que las enzimas no pudieron mantener la pared celular, las células se rompieron.

Si así es como funcionan las nanopirámides, entonces el recubrimiento no debería ser un problema para las células humanas, cuyos recintos de membranas no tienen las mismas vulnerabilidades. También puede explicar por qué el recubrimiento no es tan efectivo en E. coli , que no usa sus enzimas de pared celular en su manga.

Muchos obstáculos se interponen entre el recubrimiento de nanopartículas y el uso clínico en pacientes. Los investigadores deben averiguar cómo afectaría tal recubrimiento a las células humanas cercanas al implante y explorar cómo las nanopirámides afectan a otras enzimas en humanos y bacterias.

"La fuerte actividad antibacteriana contra MRSA y otros patógenos es un hallazgo emocionante, ", Dijo Kotov." Queremos comprender mejor los mecanismos de la función antibacteriana para ajustar su actividad inhibidora e identificar las similitudes estructurales entre las enzimas que las nanopartículas piramidales pueden inhibir ".