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Nanopartículas activadas por luz ayudan a combatir los superbichos resistentes a las drogas

Nanopartículas activadas por luz ayudan a combatir los superbichos resistentes a las drogas

Publicado a las 11:07 PM CST en Oct 04,2017 | Actualizado a las 11:07 PM CST en Oct 04,2017

Nuestros antibióticos más fuertes están cada vez más indefensos contra las infecciones bacterianas más desagradables, pero el uso de nuevas nanopartículas activadas por luz podría dar a esos medicamentos antiguos una oportunidad de luchar. En un artículo publicado hoy en Science Advances, los investigadores reportaron que los puntos cuánticos – nanopartículas semiconductoras activadas por luz – cuando están diseñadas a un tamaño particular pueden colarse en las bacterias, perturbar sus procesos celulares y hacerlas más susceptibles a los antibióticos.

El descubrimiento podría dar nueva vida a antibióticos antiguos, dice Anushree Chatterjee, un ingeniero químico y biológico de la Universidad de Colorado Boulder, coautor del informe. También ejemplifica cómo la ingeniería eléctrica puede ser utilizada para abordar problemas que típicamente se abordan a través de la medicina.

Los antibióticos, los medicamentos que matan la infección y que revolucionaron la medicina del siglo XX, han sido superados por su enemigo. Las cepas bacterianas más resistentes, o superbichos, pueden resistir hasta 20 antibióticos diferentes-casi todas las herramientas de una caja de herramientas del médico. Se les ocurren nuevas enzimas y nuevas contramedidas para derrotar a cualquier cosa que les lancemos «, dice Prashant Nagpal, un ingeniero químico y biológico de la UC Boulder que fue coautor del informe.

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El problema de la resistencia a los medicamentos es especialmente grave en hospitales y granjas-camas de cultivo para los bichos magníficos, dice Nagpal. Sin embargo, las compañías farmacéuticas en gran medida no han logrado poner en el mercado antibióticos nuevos y más eficaces debido a los pequeños márgenes de beneficio.
Los puntos cuánticos se han utilizado en la ingeniería para lograr muchas hazañas técnicas, pero usarlos para revigorizar los antibióticos es una novedad, dice Nagpal. Los puntos logran el efecto reduciendo las defensas de las bacterias, haciéndolas más vulnerables a los ataques de los antibióticos. Es como golpearlos mientras están caídos: un «uno-dos ponche», dice Nagpal.

Los puntos están hechos de telururo de cadmio, un material semiconductor sensible a la luz. La clave estaba en diseñarlas exactamente con tres nanómetros de diámetro. A este tamaño, cuando se exponen a la luz visible, los electrones en la superficie de los puntos se excitan y se transfieren a las moléculas de oxígeno en el agua circundante. Las moléculas de oxígeno, con la adición de un electrón, se convierten en radicales libres de superóxidos que alteran el metabolismo de las bacterias y los procesos celulares.

Mientras que los superbichos están ocupados tratando con superóxidos, los antibióticos pueden resbalar para matar. La bacteria tiene que activar las vías de respuesta al estrés «, cuando se expone a altos niveles de superóxidos, dice Chatterjee. Así que cambia su metabolismo para contrarrestar ese tipo de estrés, y cuando lo hace, lo hace más vulnerable al antibiótico «, dice.

superbichos
Ilustración: University of Colorado Boulder
Los puntos cuánticos dentro de un «superbicho» resistente a los antibióticos tensionan la bacteria y la hacen más vulnerable a los antibióticos.

Los niveles de superóxido producidos son suficientes para afectar a las bacterias pero no a las células humanas, dice Nagpal. «Nuestras células pueden manejar diez veces más, así que están bien. Es una rutina para ellos «, dice.

Nagpal y Chatterjee probaron el sistema en E. Coli, Salmonella y otra bacteria resistente a los medicamentos llamada Klebsiella pneumoniae. Primero los golpearon con los puntos cuánticos y luego con un antibiótico, y descubrieron que el sistema de puntos mató las bacterias hasta mil veces mejor que el antibiótico solo.

Los inventores dicen que prevén la introducción de los puntos cuánticos a los pacientes haciéndoles respirar o inyectándolos en el torrente sanguíneo. Entonces el paciente simplemente «daría un paseo afuera» y dejaría que el sol activara los puntos, dice Nagpal. Los pacientes también podrían sentarse en una habitación bien iluminada o usar ropa forrada con LEDs visibles, dice.

Tal luz penetraría y activaría los puntos cuánticos hasta un décimo de centímetro en el cuerpo. Para alcanzar infecciones más profundas en el cuerpo, Chatterjee y Nagpal están desarrollando materiales que responden a la luz infrarroja cercana. Esperan seguir desarrollando los materiales y llevar a cabo ensayos con animales para que puedan trasladar las tecnologías a ensayos clínicos.

Incluso si tienen éxito, los investigadores probablemente necesitarán estar preparados con otra herramienta para seguirla. Las bacterias son maestras en la evolución de la resistencia, y es probable que encuentren una manera de resistir a los superóxidos también. Dice Nagpal:»Estoy seguro de que se defenderán».

Referencias :

spectrum.ieee.org | Light-Activated Nanoparticles Help Fight Drug-Resistant Superbugs
advances.sciencemag.org | Light-Activated Nanoparticles Help Fight Drug-Resistant Superbugs