Nanoparticule de aur pentru combaterea infecţiilor fără antibiotice

Cum ar fi dacă aţi putea mânui o sabie laser împotriva invadatorilor microscopici, nu într-o galaxie foarte, foarte îndepărtată, ci în propriul corp? Oamenii de ştiinţă au dezvoltat o tehnică care utilizează nanoparticule de aur încălzite cu laser pentru a vizualiza şi distruge biofilmele bacteriene. Această abordare, testată pe dinţi de rozătoare şi pe răni ale pielii, ar putea într-o bună zi să înlocuiască antibioticele şi să elimine superbacteriile rezistente la medicamente.

O nouă terapie combate bacteriile fără antibiotice

Cercetătorii de la Universitatea din Pennsylvania şi de la Universitatea Stanford au dezvoltat o tehnică nouă care utilizează nanoparticule de aur acoperite cu zahăr. Atunci când sunt încălzite cu lasere în infraroşu apropiat, aceste nanoparticule pot evidenţia şi distruge biofilmele din dinţii infectaţi şi rănile pielii şobolanilor şi şoarecilor.

Biofilmele sunt grupuri de mici fiinţe vii care se agaţă de suprafeţe. Aceste suprafeţe pot fi neviabile, precum rocile dintr-un curs de apă, sau părţi ale animalelor, precum pielea sau mucoasa intestinală.

Studiul, publicat în The Journal of Clinical Investigation, a demonstrat potenţialul de diagnostic şi terapeutic al acestor nanoparticule cu scop dublu în eliminarea bacteriilor şi viruşilor înrădăcinaţi.

„Am dezvoltat o tehnică de tratament anti-infecţios extrem de inovatoare şi translatabilă clinic”, a declarat pentru The Epoch Times Maryam Hajfathalian, care deţine un doctorat în inginerie mecanică şi este principalul autor al studiului.

Este o „metodă rapidă, fără medicamente, pentru imagistica şi tratamentele infecţiilor rănilor şi pielii”. Aceasta este o nouă modalitate de a curăţa dinţii şi rănile folosind mici particule de aur şi lumină, a adăugat ea.

„Este pentru prima dată când am folosit nanoparticule de aur proiectate pentru a eradica biofilmele orale folosind terapia fototermică”.

Potrivit doamnei Hajfathalian, aceste particule acţionează rapid, omorând bacteriile dăunătoare în mai puţin de un minut, fără antibiotice cu spectru larg. Deoarece funcţionează atât de bine, oamenii de ştiinţă ar putea fi capabili să creeze noi produse, cum ar fi apă de gură specială, benzi adezive sau bandaje care utilizează lumina pentru a curăţa rănile. Cercetarea a primit sprijin din partea mai multor ramuri ale National Institutes of Health (NIH), inclusiv de la National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB).

„Cu ajutorul acestei platforme, se pot distruge biofilmele fără debridarea chirurgicală a infecţiilor, care poate fi necesară atunci când se utilizează antibiotice”, a declarat într-un comunicat de presă Luisa Russell, care are un doctorat în ştiinţa şi ingineria materialelor şi este director de program în cadrul Diviziei Discovery Science & Technology de la NIBIB.

Metoda ar putea fi benefică pentru persoanele care nu pot lua medicamente standard. Ea funcţionează chiar şi pentru cei care sunt alergici la antibiotice sau au infecţii care nu răspund la tratamentele tipice.

„Faptul că această metodă nu necesită antibiotice este un punct forte uriaş”, a declarat Russell.

Terapia fototermală a fost aproape 100% eficientă în distrugerea biofilmelor.

„Metoda de tratament este deosebit de rapidă pentru infecţia orală. Am aplicat laserul timp de un minut, dar într-adevăr, în aproximativ 30 de secunde, omorâm practic toate bacteriile”, a spus Hajfathalian.

Cercetătorii au menţionat că speră ca testele ulterioare să arate dacă această strategie poate preveni cariile şi accelera vindecarea.

Ce conţine tratamentul pe baza de lumină?

Pentru a înţelege cum funcţionează acest tratament pe baza de lumină, trebuie să înţelegem mai întâi biofilmele.

Biofilme

Biofilmele sunt comunităţi de microorganisme care aderă la suprafeţe în medii umede şi se reproduc. Ele se formează atunci când bacteriile secretă o substanţă vâscoasă, asemănătoare lipiciului, creând structuri precum placa dentară, mâzga de duş sau acoperiri pe roci şi chiar pe corpul uman. Biofilmele pot cuprinde una sau mai multe specii de microbi, inclusiv bacterii şi ciuperci, conform Societăţii de Microbiologie. Aceste structuri sporesc supravieţuirea microbilor prin furnizarea de sprijin şi protecţie împotriva ameninţărilor precum antimicrobienele şi răspunsurile imunitare.

Infecţiile cu biofilm reprezintă până la 80 % din toate infecţiile la oameni şi animale, întârziind adesea vindecarea rănilor. Acestea pot cauza diverse probleme, de la afecţiuni ale gingiilor la infecţii ale tractului urinar, şi se pot ataşa chiar şi la dispozitive medicale, inclusiv stimulatoare cardiace şi lentile de contact. Conform Societăţii de Microbiologie, bacteriile din biofilme pot fi de 1000 de ori mai rezistente la antibiotice decât bacteriile care plutesc liber, ceea ce le face o cauză majoră a eşecului tratamentului. Reţeaua densă de proteine şi carbohidraţi din biofilme poate împiedica antibioticele să ajungă la microbi, potrivit doamnei Hajfathalian.

„Biofilmele sunt dificil de tratat cu terapiile clinice existente din cauza rezistenţei antimicrobiene. Studiile indică faptul că infecţiile cu biofilm, odată stabilite, nu pot fi tratate doar cu antibiotice în majoritatea cazurilor. Prin urmare, există o nevoie critică de a diagnostica şi trata eficient infecţiile cu biofilm”, a spus ea.

Nanoparticule de metal nobil

Invizibile cu ochiul liber, nanoparticulele măsoară între 1 şi 100 de nanometri. Nanoparticulele de aur absorb lumina în regiunile vizibile şi în infraroşu apropiat. Laserele în infraroşu apropiat emit radiaţii care nu deteriorează ţesuturile şi pot promova regenerarea celulară şi îmbunătăţirea circulaţiei sângelui, ceea ce favorizează o vindecare mai rapidă. Nanoparticulele de metale nobile sunt particule microscopice fabricate din metale nobile - metale rezistente la coroziune şi oxidare în aer umed. Cele mai comune metale nobile sunt aurul, argintul şi platina. Aplicaţiile potenţiale includ administrarea de medicamente şi ablaţia termică, care utilizează căldura pentru a îndepărta ţesuturile corporale nedorite.

Într-un articol de analiză publicat în Frontiers in Chemistry, cercetători din Malaezia, India şi Arabia Saudită notează că nanoparticulele din metale nobile sunt utilizate ca agenţi antimicrobieni datorită stabilităţii şi biocompatibilităţii lor. Dimensiunile lor mici şi raportul ridicat dintre suprafaţă şi volum le permit să pătrundă eficient în membranele bacteriene.

„Nanoparticulele pe baza de metal par să aibă un rol comandant în secolul XXI datorită rolului lor vital în nanomedicină şi în alte aplicaţii biologice. Nanoparticulele pot fi fabricate prin utilizarea mai multor căi sintetice şi utilizate eficient în diverse aplicaţii nanomedicale şi biologice”, au scris autorii.

Potrivit autorilor noului studiu, nanoparticulele de aur, care nu sunt toxice, sunt promiţătoare pentru terapia fototermică, deoarece transformă energia luminii în căldură pentru a ucide agenţii patogeni. De asemenea, ele emit unde ultrasonore ca răspuns la lumină, permiţând imagistica fotoacustică (o modalitate neinvazivă de a obţine imagini detaliate în interiorul corpului folosind lumina).

O nouă frontieră în medicină?

Oamenii de ştiinţă ar putea intra într-o nouă frontieră în tratamentul infecţiilor care poate rivaliza cu descoperirea antibioticelor. „Ca oameni de ştiinţă, obiectivul nostru este să explorăm abordări inovatoare pentru combaterea bolilor infecţioase”, a declarat Hajfathalian. „Suntem încântaţi de perspective şi aşteptăm cu nerăbdare să avansăm în cercetarea noastră prin studii pe animale şi studii clinice.” În plus faţă de activitatea sa privind nanoparticulele pentru terapia fototermică, ea şi colegii săi investighează tratamente alternative pentru a reduce dependenţa de antibiotice, inclusiv terapia cu fagi. Acest tratament utilizează bacteriofagi, viruşi care vizează şi ucid selectiv anumite bacterii.

În analiza sa publicată în WIREs Nanomedicine and Nanobiotechnology, Hajfathalian a raportat că nanostructurile metalice complexe sunt promiţătoare pentru tratamentele personalizate. În timp ce aprobarea Food and Drug Administration (FDA) din SUA pentru studiile clinice este în aşteptare, rezultatele preliminare indică faptul că aceste nanostructuri au o capacitate ridicată de direcţionare, biocompatibilitate şi stabilitate, ceea ce le face promiţătoare pentru imagistica şi tratamentul clinic în lumea reală, a remarcat ea. Cercetările viitoare vor investiga eficacitatea nanoparticulelor împotriva infecţiilor cu biofilm în catetere, valve cardiace, plămâni şi articulaţii protetice.

Tot ce străluceşte nu este neapărat aur

Mansoor Amiji, care deţine un doctorat în ştiinţe farmaceutice şi este profesor distins la Universitatea Northeastern din Boston, avertizează cu privire la potenţialele probleme legate de utilizarea internă a nanoparticulelor metalice. Deşi eficiente pentru infecţiile de suprafaţă, există preocupări legate de siguranţă pătrunderii particulelor de aur în organism.

"Ce se întâmplă cu aurul odată intrat în organism? Există vreo toxicitate potenţială asociată cu acumularea în interiorul corpului?”, a declarat el pentru The Epoch Times.

Terapia fototermică nu este nouă şi a fost aplicată tumorilor accesibile, a remarcat el, subliniind necesitatea unor studii suplimentare privind siguranţa şi eficacitatea cu spectru larg a nanoparticulelor metalice împotriva diferitelor organisme.

Există o nevoie urgentă de a crea antibiotice mai bune, precum şi aceşti agenţi non-antibiotici pe care avem potenţialul de a-i utiliza pentru infecţii”, a declarat dl Amiji, adăugând că nu prevede ca nanoparticulele să înlocuiască neapărat antibioticele, dar că acestea ar putea permite oamenilor de ştiinţă să „arunce o plasă mai largă” în căutarea de agenţi non-antibiotici pentru vindecarea bolilor.