Investigadors desenvolupen micro- i nanorobots autònoms i amb activitat antimicrobiana, capaços d’atacar als bacteris en el lloc d’infecció. El treball ha estat coliderat per Samuel Sánchez (Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) i Cesar de la Fuente-Núñez (Univ. de Pensilvània, USA). La nova tecnologia, testada en ratolins, és una valuosa eina per al tractament d’infeccions bacterianes de manera controlada i localitzada. En un futur no gaire llunyà podria ajudar a combatre infeccions.
Una mort a cada 3 segons en 2050, o, dit d’una altra manera, aproximadament 10 milions de decessos. Aquesta és l’estimació de l’impacte que les resistències a antibiòtics tindran en alguns anys i tenint en compte que actualment ja són la 4a causa de mort als hospitals dels EUA. Aquesta complexa situació sanitària es deu en gran manera a l’ampli i inespecífic espectre d’acció dels antibiòtics actuals i a la falta de mètodes eficients d’administració que alliberin l’antibiòtic només en el lloc de la infecció i no de manera sistèmica, la qual cosa provoca l’aparició de bacteris resistents.
Amb l’objectiu d’aportar solucions a aquest problema, un grup d’investigadors internacionals coliderats pel professor de recerca ICREA Samuel Sánchez de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) i líder del grup “Nano-Bio Dispositius Intel·ligents”, i per César de la Fuente-Núñez (Universitat de Pensilvània, USA), han desenvolupat micro- i nanorobots que són capaços de portar, de manera autònoma, pèptids (petites proteïnes) bactericides al lloc d’infecció. El treball s’ha publicat recentment en la prestigiosa revista ACS Nano.
Moviment autònom i transport de pèptids antimicrobians
Els nostres nanorobots combinen navegació, catàlisi i capacitat bactericida per a portar càrregues antimicrobianes a llocs d’infecció específics.
Xavier Arqué, primer coautor del treball (IBEC)
Els micro- i nanomotors desenvolupats en aquest treball es basen en sílice porosa i s’impulsen de manera autònoma per una reacció química, la catàlisi de l’enzim ureasa, que utilitza la urea com a combustible biocompatible. Aquests diminuts robots s’han recobert amb pèptids antimicrobians que tenen una forta acció antibiòtica. Un d’ells és un pèptid d’origen natural i l’altre és un pèptid sintètic derivat del verí de la vespa. Tots dos exerceixen la seva funció bactericida desestabilitzant a la membrana cel·lular dels bacteris, el seu embolcall protector. L’activitat bactericida d’aquests motors s’ha provat en la micro i nano escales (mil i 1 milió de vegades més petit que 1 mil·límetre, respectivament) i en cinc espècies de bacteris clínicament rellevants i en tots els casos es va mostrar efectiva.
Activitat demostrada en ratolins
Quatre dies després del tractament amb els nanorobots, vam analitzar la quantitat de bacteris en la ferida i vam veure que s’havia reduït fins a 3 vegades.
Marcelo Torres, primer coautor del treball (Universitat de Pennsilvània)
Per a testar els micro- i nanorobots en condicions in vivo, els investigadors van tractar ratolins que tenien una ferida infectada amb Acinetobacter baumannii, un bacteri resistent a la majoria d’antibiòtics i que pot causar pneumònia severa i infeccions del tracte urinari. Els micro- i nanorobots carregats amb els pèptids antimicrobians es van inocular en una extremitat de la ferida i la zona es va tractar amb urea, el combustible necessari per a la seva autopropulsió.
La clau de l’èxit del tractament ha estat el desplaçament dels micro- i nanorobots per tota la zona de la ferida (1 cm²), la qual cosa ha permès portar els pèptids antimicrobians a una superfície molt major. En canvi, les ferides tractades amb els pèptids antimicrobians lliures van mostrar una reducció en la quantitat de bacteris solament en la zona d’inoculació.
Aquesta nova eina de bioenginyeria obre les portes a la implementació en la clínica de micro- i nanorobots bioactius i autònoms per al tractament de malalties infeccioses.
Article de referència: Xavier Arqué, Marcelo D. T. Torres, Tania Patiño, Andreia Boaro, Samuel Sánchez, Cesar de la Fuente-Nunez. Autonomous Treatment of Bacterial Infections in Vivo Using Antimicrobial Micro- and Nanomotors. April 29, 2022. DOI: 10.1021/acsnano.1c11013
