Si se las deja a su suerte, las bacterias de nuestros dientes o de la piel herida pueden encerrarse en un armazón viscoso, convirtiéndose en lo que se llama biopelícula. Estas bacterias causan estragos en nuestros tejidos y, al estar protegidas de los antibióticos por la baba, son difíciles de expulsar. Una nueva estrategia puede ofrecer una forma sencilla de romper la suciedad y destruir las bacterias.
Investigadores de la Universidad de Pensilvania y la Universidad de Stanford han desarrollado nanopartículas de oro recubiertas de azúcar que utilizaron para obtener imágenes y destruir biopelículas. En un estudio publicado en el Journal of Clinical Investigation , los autores demostraron el potencial diagnóstico y terapéutico de las nanopartículas en los dientes y la piel herida de ratas y ratones, eliminando las biopelículas en tan solo un minuto y superando a los antimicrobianos comunes.
"Con esta plataforma, se pueden romper biopelículas sin desbridar quirúrgicamente las infecciones, lo que puede ser necesario cuando se usan antibióticos. Además, este método podría tratar a pacientes si son alérgicos a los antibióticos o están infectados por cepas resistentes a los medicamentos", dijo Luisa Russell , Ph.D., director de programa de la División de Descubrimiento de Ciencia y Tecnología del NIBIB. "El hecho de que este método no contenga antibióticos es una gran ventaja".
Las biopelículas orales, también conocidas como placas, formadas por bacterias como Streptococcus mutans pueden provocar caries importantes. Las infecciones de las heridas, que comúnmente son causadas por la bacteria Staphylococcus, pueden retrasar considerablemente el proceso de curación. En cualquier caso, la red densa de proteínas y carbohidratos dentro de las biopelículas puede evitar que los antibióticos lleguen a los microbios en toda el área afectada.
Pero ese no es el alcance del problema que plantean las biopelículas. No sólo son difíciles de eliminar, sino que, en primer lugar, son difíciles de discernir.
Esta nueva investigación identificó una solución para acabar con ambos problemas con un solo tiro:el oro.
El oro no es tóxico y convierte fácilmente la energía de las fuentes de luz en calor, lo que lo convierte en un candidato ideal para la terapia fototérmica, una estrategia que utiliza el calor de las nanopartículas para matar los patógenos cercanos. Además de generar calor, las nanopartículas emiten ondas de ultrasonido detectables en respuesta a la luz, lo que significa que las partículas de oro se pueden visualizar mediante una técnica llamada imágenes fotoacústicas.
En el nuevo estudio, los autores encapsularon esferas de oro dentro de nanopartículas doradas más grandes en forma de jaula para optimizar su respuesta a la luz con fines terapéuticos y de obtención de imágenes. Para que las partículas fueran atractivas para las bacterias, las recubrieron con dextrano, un carbohidrato que es un componente común de las biopelículas.
Los investigadores evaluaron su estrategia aplicando nanopartículas de oro sobre dientes infectados con S. mutans procedentes de mandíbulas de ratas ex vivo.
En una prueba de imágenes fotoacústicas en los dientes, las nanopartículas emitieron señales fuertes y claras, lo que permitió al equipo ver con precisión dónde las biopelículas habían absorbido las partículas recubiertas de dextrano en los dientes.
Luego, para evaluar el efecto terapéutico de las partículas, irradiaron los dientes con un láser. A modo de comparación, trataron otras muestras de dientes infectados con clorhexidina antiséptica tópica.
El equipo observó un marcado contraste en los resultados de los dos tratamientos:la terapia fototérmica fue casi 100% efectiva para matar biopelículas, mientras que la clorhexidina no disminuyó significativamente la viabilidad de las bacterias.
"El método de tratamiento es especialmente rápido para la infección oral. Aplicamos el láser durante un minuto, pero en realidad en unos 30 segundos matamos básicamente todas las bacterias", dijo la primera autora del estudio, Maryam Hajfathalian, Ph.D. profesor de ingeniería biomédica en el Instituto de Tecnología de Nueva Jersey, quien realizó este estudio mientras era investigador postdoctoral en la Universidad de Pensilvania y la Universidad de Stanford.
Las evaluaciones realizadas en ratones con heridas abiertas en la piel, infectados con Staphylococcus aureus, tuvieron un éxito similar, ya que el calor generado por las nanopartículas superó con creces a otro agente antimicrobiano llamado gentamicina. Aquí, los investigadores también midieron y observaron un aumento de temperatura de 20°C localizado en la biopelícula, sin causar ningún daño aparente al tejido circundante.
Los autores indican que con más pruebas pretenden demostrar si la estrategia puede prevenir las caries o acelerar la curación.
"Creo que es importante ver cuán económico, sencillo y rápido es este proceso. Dado que tenemos un uso limitado de antibióticos, necesitamos tratamientos novedosos como este como reemplazo", afirmó Hajfathalian.
Más información: Maryam Hajfathalian et al, Las nanopartículas teranósticas de jaula de oro en oro permiten la ablación fototérmica y la obtención de imágenes fotoacústicas en modelos de infección asociada a biopelículas, Journal of Clinical Investigation (2023). DOI:10.1172/JCI168485
Proporcionado por los Institutos Nacionales de Salud
