Equipos del CIBER-BBN y el CIBERESP en el Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM) de la Universitat Politècnica de València (UPV) y en el Laboratorio del Microbioma Oral del Área de Genómica y Salud de la Fundación para el Fomento de la Investigación Sanitaria y Biomédica de la Comunidad Valenciana (Fisabio), han diseñado una nanopartícula autopropulsada que rompe una barrera natural, llamada biopelícula o biofilm, que crean algunos patógenos y los protege de los medicamentos haciéndolos más resistentes a su tratamiento.
Esta innovación, publicada en la revista Chemistry of Materials, consiste en el diseño y aplicación de nanopartículas inteligentes que contienen un antibiótico en su interior y lo liberan selectivamente. El personal investigador ha añadido a esta nanopartícula un nanomotor acoplado a una enzima que actúa como “taladro” cuando entra en contacto con el biofilm haciendo que el nanodispositivo pueda llegar a las capas más profundas.
De esta manera, la nanopartícula entra en contacto con el patógeno, momento en el que se libera el antibiótico que contiene en su interior, destruyendo hasta el 80% de la biomasa del biofilm generado por la bacteria Staphylococcos aureus (S. aureus). El nanodispositivo consigue así matar a las bacterias.
Actualmente, muchas infecciones se deben a esta capacidad microbiana de adherirse a superficies del cuerpo o dispositivos médicos y protegerse en el interior de una matriz que genera la propia bacteria u hongo, que está compuesta de ADN, carbohidratos y proteínas, formando las llamadas biopelículas.
Estos biofilms actúan como una barrera física que dificulta la penetración y difusión de los antibióticos u otros medicamentos y, como consecuencia, la concentración del fármaco que alcanza a los patógenos es insuficiente para su eliminación. Esto provoca un aumento de las concentraciones de antibióticos o antifúngicos utilizados para tratar estas enfermedades infecciosas, así como la aparición de resistencias.
El uso indebido y excesivo de antimicrobianos es un impulsor del desarrollo de patógenos resistentes a los medicamentos, uno de los problemas de salud pública mundial más graves actualmente según la Organización Mundial de la Salud (OMS). Ramón Martínez-Máñez, director científico del CIBER-BBN y miembro del IDM en la UPV comenta que "este hecho ya provoca elevadas tasas de morbilidad y mortalidad, particularmente en pacientes inmunocomprometidos. De modo que esta innovación supone un avance en el combate contra esta problemática, ya que permite una administración más efectiva del antibiótico o antifúngico y evita tener que hacer un uso excesivo o inapropiado de estos medicamentos”.
Por su parte Álex Mira, investigador del CIBERESP y responsable del Laboratorio del Microbioma Oral de Fisabio, asegura que “en este contexto de bacterias multirresistentes, el diseño de nuevos enfoques para el tratamiento de infecciones por biofilms es de vital importancia. Por eso es imprescindible encontrar nuevas herramientas como estas para combatir las infecciones bacterianas y fúngicas, entre las que hay, de hecho, algunas muy comunes como la candidiasis, las infecciones endodónticas o muchas que se producen en implantes médicos”.
Una de las primeras aplicaciones en las que se ha implementado esta innovación es en la erradicación de biofilms creados por la bacteria S. aureus, ya que es uno de los principales patógenos responsables de las infecciones crónicas asociadas a biofilms en tejidos como la piel, las vías respiratorias y también en los dispositivos médicos como catéteres e implantes.
El equipo ha patentado el uso de este tipo de nanopartículas, y según comentan Andrea Escudero y Migle Ziemyte, autoras principales del artículo, “estamos probando la eficacia de las partículas para mejorar el tratamiento desinfectante en las endodoncias, así como las pruebas necesarias para cumplir a nivel regulatorio con los requerimientos para poner este tipo de novedosos tratamientos en el mercado”.
El desarrollo de esta tecnología contra los biofilms ha estado financiado por las ayudas POLISABIO de colaboración entre FISABIO y la UPV, la Agencia Valenciana de la Innovación (AVI) y por ayudas CIBER-BBN – CIBERESP.
Artículo de referencia
Ficin–Cyclodextrin-Based Docking Nanoarchitectonics of Self-Propelled Nanomotors for Bacterial Biofilm Eradication.Miglė Žiemytė, Andrea Escudero, Paula Díez, María D. Ferrer, Jose R. Murguía, Vicente Martí-Centelles, Alex Mira, and Ramón Martínez-Máñez. Chemistry of Materials 2023 35 (11), 4412-4426. DOI: 10.1021/acs.chemmater.3c00587
