December 12, 2019
I ricercatori della Rice University, della Texas A&M University, della Biola University e della Durham (U.K.) University hanno dimostrato che le molecole motorizzate sviluppate nel laboratorio di riso del chimico James Tour sono efficaci nell’uccidere i microbi resistenti agli antibiotici in pochi minuti.
“Questi superbatteri potrebbero uccidere 10 milioni di persone all’anno entro il 2050, superando il cancro”, ha detto Tour. “Questi sono batteri da incubo; non rispondono a nulla.”
I motori colpiscono i batteri e, una volta attivati con la luce, scavano nei loro esterni.
Mentre i batteri possono evolversi per resistere agli antibiotici bloccando gli antibiotici, i batteri non hanno alcuna difesa contro i trapani molecolari. Gli antibiotici in grado di superare le aperture fatte dai trapani sono ancora una volta letali per i batteri.
I ricercatori hanno riportato i loro risultati sulla rivista ACS Nano dell’American Chemical Society.
Tour e Robert Pal, un ricercatore della Royal Society University di Durham e co-autore del nuovo documento, hanno introdotto i trapani molecolari per noioso attraverso le cellule nel 2017. I trapani sono molecole paddlelike che possono essere spinte a 3 milioni di rotazioni al secondo quando attivato con la luce.
I test del laboratorio A&M Texas dello scienziato capo Jeffrey Cirillo e dell’ex ricercatore di riso Richard Gunasekera, ora a Biola, hanno effettivamente ucciso Klebsiella pneumoniae in pochi minuti. Immagini microscopiche di batteri bersaglio hanno mostrato dove i motori avevano perforato attraverso le pareti cellulari.
“I batteri non hanno solo un doppio strato lipidico”, ha detto Tour. “Hanno due doppi strati e proteine con zuccheri che li collegano, quindi le cose normalmente non attraversano queste pareti cellulari molto robuste. Ecco perché questi batteri sono così difficili da uccidere. Ma non hanno modo di difendersi da una macchina come questa molecolare esercita, poiché si tratta di un’azione meccanica e non di un effetto chimico “.
I motori hanno anche aumentato la suscettibilità della K. polmonite al meropenem, un farmaco antibatterico a cui i batteri avevano sviluppato resistenza. “A volte, quando i batteri scoprono una droga, non la lascia entrare”, ha detto Tour. “Altre volte, i batteri sconfiggono il farmaco facendolo entrare e disattivandolo.”
Ha detto che meropenem è un esempio del primo. “Ora possiamo farcela attraverso la parete cellulare”, ha detto Tour. “Questo può dare nuova vita agli antibiotici inefficaci utilizzandoli in combinazione con i trapani molecolari.”
Gunasekera ha affermato che le colonie batteriche colpite con una piccola concentrazione di nanomacchine da sole hanno ucciso fino al 17% delle cellule, ma che sono aumentate al 65% con l’aggiunta di meropenem. Dopo aver ulteriormente bilanciato i motori e l’antibiotico, i ricercatori sono stati in grado di uccidere il 94% del patogeno che causa la polmonite.
Tour ha detto che le nanomacchine potrebbero vedere il loro impatto più immediato nel trattamento delle infezioni della pelle, della ferita, del catetere o dell’impianto causate da batteri – come stafilococco aureo MRSA, klebsiella o pseudomonas – e infezioni intestinali. “Sulla pelle, nei polmoni o nel tratto gastrointestinale, ovunque possiamo introdurre una fonte di luce, possiamo attaccare questi batteri”, ha detto. “Oppure si potrebbe avere il flusso di sangue attraverso una scatola esterna contenente luce e poi di nuovo nel corpo per uccidere i batteri trasmessi dal sangue.”
“Siamo inizialmente molto interessati al trattamento delle infezioni della ferita e dell’impianto”, ha detto Cirillo. “Ma abbiamo modi per fornire queste lunghezze d’onda della luce alle infezioni polmonari che causano numerose mortalità per polmonite, fibrosi cistica e tubercolosi, quindi svilupperemo anche trattamenti per le infezioni respiratorie”.
Gunasekera ha notato che possono essere presi di mira anche batteri trasmessi dalla vescica che causano infezioni del tratto urinario.
L’articolo è uno dei due pubblicati dal Tour lab questa settimana che promuovono la capacità delle microscopiche nanomacchine di trattare le malattie. Nell’altro, che appare nelle ACS Applied Materials Interfaces, i ricercatori della Rice e del MD Anderson Cancer Center dell’Università del Texas hanno preso di mira e attaccato campioni di laboratorio di cellule tumorali del pancreas con macchine che rispondono alla luce ultravioletta visibile piuttosto che in precedenza. “Questo è un altro grande progresso, poiché la luce visibile non causerà più danni alle cellule circostanti”, ha detto Tour.
Materiale fornito dalla Rice University. Originale scritto da Mike Williams.