Los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades estiman que más de 2,8 millones de estadounidenses experimentan infecciones resistentes a los antibióticos cada año; más de 35.000 mueren a causa de esas infecciones.

Para abordar este problema crítico de salud pública mundial, un equipo de investigadores dirigido por Hongjun (Henry) Liang, Ph.D., del Departamento de Fisiología Celular y Biofísica Molecular del Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad Tecnológica de Texas (TTUHSC), investigó recientemente si Ninguna serie de nanopartículas novedosas puede matar algunos de los patógenos que conducen a la infección humana sin afectar las células sanas.

El estudio, "Nanopartículas hidrofílicas que matan bacterias mientras protegen las células de mamíferos revelan el papel antibiótico de las nanoestructuras", fue publicado el 11 de enero por Nature Communications .

Investigaciones anteriores han demostrado que la hidrofobicidad (la capacidad de una molécula para repeler el agua) y la hidrofilicidad (la capacidad de una molécula para atraer y disolverse en agua) afecta a las células; cuanto más hidrófoba sea una sustancia, más adversa será la reacción que provocará. Sin embargo, dijo Liang, no existe un estándar cuantitativo de cuánta hidrofobicidad es aceptable.

"Básicamente, puedes matar bacterias cuando aumentas la hidrofobicidad", dijo Liang. "Pero también matará a las células sanas y no queremos eso".

Para su estudio, el equipo de Liang utilizó nanopartículas hidrofílicas novedosas conocidas como nanoantibióticos que fueron desarrolladas por el laboratorio de Liang. Estructuralmente hablando, estos nuevos nanoantibióticos se asemejan a diminutas esferas peludas, cada una compuesta por muchos cepillos de polímero hidrofílico injertados en nanopartículas de sílice de diferentes tamaños.

Estos compuestos sintéticos, que produce el laboratorio de Liang, están diseñados para matar bacterias a través de alteraciones de la membrana como lo hacen los péptidos antimicrobianos, pero a través de un modo diferente de remodelación de la membrana que daña las membranas bacterianas y no las células de los mamíferos. Los péptidos antimicrobianos son una clase diversa de moléculas anfipáticas (parcialmente hidrófilas-parcialmente hidrófobas), que se producen de forma natural y sirven como primera línea de defensa para todos los organismos multicelulares. El uso directo de péptidos antimicrobianos como antibióticos está limitado por su estabilidad y toxicidad.

Ha habido otros estudios en los que los investigadores injertaron moléculas anfipáticas en nanopartículas y también mataron bacterias. Sin embargo, Liang dijo que el problema principal en el uso de moléculas anfipáticas es que se vuelve muy difícil lograr el equilibrio adecuado entre su hidrofobicidad e hidrofilicidad para que la toxicidad de estas moléculas para nuestras propias células se reduzca significativamente.

"En nuestro caso, eliminamos esa incertidumbre de la ecuación porque comenzamos con un polímero hidrofílico", señaló Liang. "La citotoxicidad de las fracciones hidrofóbicas ya no es una preocupación. Esos polímeros hidrofílicos por sí solos, o las nanopartículas de sílice por sí solas, no matan las bacterias; deben injertarse en la nanoestructura para poder matar las bacterias. Y así, este es el primer descubrimiento importante".

El equipo de Liang también descubrió que el grado de actividad antibiótica se ve afectado por el tamaño de las esferas peludas, que según Liang es el segundo descubrimiento importante de esta investigación. Los que miden 50 nanómetros o menos parecen ser mucho más activos que aquellos cuyo tamaño supera los 50 nanómetros. Liang dijo que los que miden aproximadamente 10 nanómetros parecen ser los más activos. (Usando la dispersión de rayos X de ángulo pequeño de sincrotrón y otros métodos, el equipo de Liang puede interpretar el mecanismo molecular de la actividad antibiótica dependiente del tamaño).

Estos descubrimientos son importantes porque el uso de nanoantibióticos para matar bacterias evade todos los mecanismos conocidos de resistencia bacteriana a menos que las bacterias renueven por completo sus vías para fabricar membranas celulares, lo que, según Liang, es poco probable.

"También es casi imposible que las bacterias desarrollen nueva resistencia contra los nanoantibióticos", enfatizó Liang. "Además, este descubrimiento ilumina un modelo para desarrollar nuevos antibióticos que matarían las bacterias al contacto, pero seguirían siendo amigables con los humanos porque se producen utilizando ingredientes no tóxicos y respetuosos con el medio ambiente a través de la nanoingeniería". + Explora más

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