Una nanopartícula revestida con antibiótico elimina bacterias resistentes

En un artículo publicado en Scientific Reports, investigadores muestran que un recubrimiento de ampicilina deja a las partículas de plata y sílice en condiciones seguras para las células humanas

Por Karina Toledo  |  Agência FAPESP – Científicos brasileños describieron una nueva estrategia de combate contra bacterias resistentes a antibióticos en la revista Scientific Reports, perteneciente al grupo Springer Nature.

El método descrito consiste en revestir nanopartículas elaboradas con plata y sílice –potencialmente tóxicas para los microorganismos, pero también para las células humanas– con una capa de antibiótico. De ese modo, por afinidad química, el nanofármaco actúa únicamente sobre los patógenos, es decir: se vuelve inerte para el organismo.

“Empleamos el antibiótico como una especie de carnada. De esta manera, logramos transportar a la nanopartícula hasta la bacteria con una gran cantidad del fármaco. La acción combinada de la droga con los iones de plata fue capaz de matar incluso a los microorganismos resistentes”, comentó Mateus Borba Cardoso, científico del Centro Nacional de Investigaciones en Energía y Materiales (CNPEM).

Este trabajo, que contó con el apoyo de la FAPESP, forma parte de una línea de investigación cuyo objetivo apunta a desarrollar sistemas que tornen selectiva la acción de nanopartículas.

En artículos anteriores, el grupo mostró que esta estrategia puede ser viable para el tratamiento del cáncer, mediante el transporte del fármaco quimioterapéutico hasta las células tumorales con preservación de las células sanas (agencia.fapesp.br/23210). Puede también probársela en la inactivación del virus VIH, causante del Sida, en bolsas de sangre para transfusiones, por ejemplo (agencia.fapesp.br/23902).

“Existen medicamentos comerciales que contienen nanopartículas y que, en general, sirven para recubrir el principio activo y extender el tiempo de vida del mismo dentro del organismo. Pero nuestra estrategia es diferente. Decoramos la superficie de la nanopartícula con determinados grupos químicos que sirven para direccionarla hasta el lugar en donde debe actuar de manera selectiva”, dijo Borba Cardoso.

En el artículo más reciente, el grupo describe la síntesis de nanopartículas formadas por un núcleo de plata recubierto por una capa de sílice porosa a los efectos de permitir el paso de los iones. Sobre la superficie se colocaron varias moléculas del antibiótico ampicilina en un ordenamiento que, según Borba Cardoso, no se dispuso al azar.

“Mediante modelado molecular, logramos determinar qué parte de la molécula de ampicilina interactúa mejor con la membrana bacteriana. Dejamos entonces a todas las moléculas del fármaco con esa parte clave orientada hacia el lado externo de la nanopartícula, aumentando así las posibilidades de interacción con el patógeno”, explicó.

El trabajo de modelado molecular contó con la colaboración de Hubert Karl Stassen, del Instituto de Química de la Universidad Federal de Rio Grande do Sul (UFRGS).

Estudio de eficacia

El efecto del nanoantibiótico en comparación con el de la ampicilina convencional se analizó en dos linajes distintos de la bacteria Escherichia coli, que integra la flora intestinal de los mamíferos y que, en ciertas situaciones, puede causar intoxicación alimentaria.

En el linaje susceptible a la ampicilina, murió prácticamente el 100% de los microorganismos tanto con el fármaco convencional como con la versión combinada con plata. No obstante, en el linaje resistente, sólo el nanoantibiótico tuvo eficacia.

El paso siguiente consistió en testear el efecto sobre un linaje de células renales humanas. Mientras que la nanopartícula de plata y sílice sin el revestimiento de ampicilina se mostró extremadamente tóxica, la ampicilina convencional y la versión combinada con plata se mostraron igualmente seguras.

“Las imágenes de microscopía confocal muestran que, aparte de no ser tóxica, la nanopartícula revestida con ampicilina no interfiere en el ciclo celular. Las fases de la mitosis siguen su curso sin ninguna alteración”, dijo Borba Cardoso.

A juicio del investigador, la misma estrategia podría utilizarse en el combate contra otras especies bacterianas que desarrollaron resistencia a antibióticos. También es posible variar el fármaco utilizado en la superficie de la nanopartícula, para tratar distintos tipos de infecciones.

Con todo, este sistema presenta una desventaja: como la plata y la sílice son materiales inorgánicos, las nanopartículas no son metabolizadas y tienden a acumularse en el organismo.

“Aún no sabemos dónde se produciría esa acumulación y cuáles serían los efectos. Para descubrirlo, será necesario hacer pruebas en animales. De cualquier modo, seguimos perfeccionando el sistema de manera tal de tornarlo más seguro”, dijo Borba Cardoso.

Una de las posibilidades consiste en poner, en lugar de plata, un segundo antibiótico de espectro distinto en el núcleo. Y otra opción sería desarrollar una nanopartícula lo suficientemente pequeña como para ser excretada a través de la orina.

De cualquier modo, según Borba Cardoso, el nanoantibiótico en su forma actual podría utilizarse en el tratamiento de casos extremos, tales como los de pacientes con infecciones hospitalarias que no responden a los antibióticos convencionales.

“La posible acumulación de nanopartículas en el organismo, en esos casos, sería un precio pequeño que habría que pagar para evitar la muerte”, dijo. El grupo de científicos se encuentra abocado ahora a la búsqueda de socios para la realización de las pruebas en animales.

Puede leerse el artículo intitulado Defeating Bacterial Resistance and Preventing Mammalian Cells Toxicity Through Rational Design of Antibiotic-Functionalized Nanoparticles (doi:10.1038/s41598-017-01209-1), de Jessica Fernanda Affonso de Oliveira, Ângela Saito, Ariadne Tuckmantel Bido, Jörg Kobarg, Hubert Karl Stassen y Mateus Borba Cardoso, en el siguiente enlace: nature.com/articles/s41598-017-01209-1.