La resistencia a los antibióticos es un problema creciente, especialmente entre un tipo de bacterias que se clasifican como "Gram-negativas". Estas bacterias tienen dos membranas celulares, lo que dificulta que los medicamentos penetren y destruyan las células.

Investigadores del MIT y otras instituciones esperan utilizar la nanotecnología para desarrollar tratamientos más específicos para estos insectos resistentes a los medicamentos. En un nuevo estudio, informan que un péptido antimicrobiano empaquetado en una nanopartícula de silicio redujo drásticamente la cantidad de bacterias en los pulmones de ratones infectados con Pseudomonas aeruginosa, una enfermedad que causa una bacteria gramnegativa que puede provocar neumonía.

Este enfoque, que también podría adaptarse para atacar otras infecciones bacterianas difíciles de tratar como la tuberculosis, se basa en una estrategia que los investigadores han utilizado anteriormente para administrar medicamentos contra el cáncer dirigidos.

"Hay muchas similitudes en los desafíos del parto. En la infección, como en el cancer, el nombre del juego es matar selectivamente algo, usar un medicamento que tenga efectos secundarios potenciales, "dice Sangeeta Bhatia, el profesor John y Dorothy Wilson de Ciencias y Tecnología de la Salud e Ingeniería Eléctrica e Informática y miembro del Instituto Koch de Investigación Integrativa del Cáncer del MIT y del Instituto de Ingeniería y Ciencia Médicas.

Bhatia es el autor principal del estudio, que aparece en la revista Materiales avanzados . El autor principal es Ester Kwon, científico investigador del Instituto Koch. Otros autores son Matthew Skalak, un graduado del MIT y ex técnico de investigación del Instituto Koch; Alessandro Bertucci, becaria postdoctoral Marie Curie en la Universidad de California en San Diego; Gary Braun, un postdoctorado en el Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute; Francesco Ricci, profesor asociado en la Universidad de Roma Tor Vergata; Erkki Ruoslahti, profesor del Instituto de Descubrimiento Médico Sanford Burnham Prebys; y Michael Sailor, profesor en UCSD.

Péptidos sinérgicos

A medida que las bacterias se vuelven cada vez más resistentes a los antibióticos tradicionales, Una alternativa que algunos investigadores están explorando son los péptidos antimicrobianos, proteínas defensivas naturales que pueden matar muchos tipos de bacterias al interrumpir objetivos celulares como membranas y proteínas o procesos celulares como la síntesis de proteínas.

Hace unos pocos años, Bhatia y sus colegas comenzaron a investigar la posibilidad de administrar péptidos antimicrobianos de manera dirigida utilizando nanopartículas. También decidieron intentar combinar un péptido antimicrobiano con otro péptido que ayudaría al fármaco a atravesar las membranas bacterianas. Este concepto se basó en trabajos previos que sugerían que estos "péptidos en tándem" podrían destruir las células cancerosas de forma eficaz.

Para el péptido antimicrobiano, los investigadores eligieron una toxina bacteriana sintética llamada KLAKAK. Adjuntaron esta toxina a una variedad de "péptidos de tráfico, "que interactúan con las membranas bacterianas. De los 25 péptidos en tándem probados, el mejor resultó ser una combinación de KLAKAK y un péptido llamado lactoferrina, que fue 30 veces más eficaz para matar Pseudomonas aeruginosa que los péptidos individuales por sí solos. También tuvo efectos tóxicos mínimos en las células humanas.

Para minimizar aún más los posibles efectos secundarios, los investigadores empaquetaron los péptidos en nanopartículas de silicio, que evitan que los péptidos se liberen demasiado pronto y dañen el tejido mientras se dirigen a sus objetivos. Para este estudio, los investigadores entregaron las partículas directamente en la tráquea, pero para uso humano, planean diseñar una versión que pueda inhalarse.

Después de que las nanopartículas se administraron a ratones con una infección bacteriana agresiva, esos ratones tenían aproximadamente una millonésima parte de la cantidad de bacterias en sus pulmones que los ratones no tratados, y sobrevivieron más tiempo. Los investigadores también encontraron que los péptidos podrían matar cepas de Pseudomonas resistentes a los medicamentos tomadas de pacientes y cultivadas en el laboratorio.

Adaptando conceptos

Las enfermedades infecciosas son un área de investigación relativamente nueva para el laboratorio de Bhatia, que ha pasado la mayor parte de los últimos 17 años desarrollando nanomateriales para tratar el cáncer. Hace unos pocos años, comenzó a trabajar en un proyecto financiado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) para desarrollar tratamientos específicos para infecciones del cerebro, lo que dio lugar al nuevo proyecto de infección pulmonar.

"Hemos adaptado muchos de los mismos conceptos de nuestro trabajo sobre el cáncer, incluyendo aumentar la concentración local de la carga y luego hacer que la carga interactúe selectivamente con el objetivo, que ahora es una bacteria en lugar de un tumor, "Dice Bhatia.

Ahora está trabajando en la incorporación de otro péptido que ayudaría a dirigir los péptidos antimicrobianos a la ubicación correcta en el cuerpo. Un proyecto relacionado implica el uso de péptidos de tráfico para ayudar a los antibióticos existentes que matan a las bacterias Gram-positivas a cruzar la doble membrana de las bacterias Gram-negativas. permitiéndoles matar también esas bacterias.