Un nou agent antibiòtic de triple acció ha aconseguit travessar la matriu extracel·lular del biofilm –una estructura protectora construïda pels bacteris– i eliminar més del 50% dels patògens d’una sola vegada. L’estudi, publicat a la revista científica npj Biofilms and Microbiomes, ha estat dirigit per Eduard Torrents, cap de grup de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) i de la Universitat de Barcelona (UB).
Les infeccions pulmonars persistents, les ferides cròniques i les infeccions associades a hospitalitzacions són molt més difícils de tractar que altres tipus d’infeccions bacterianes. Això és perquè sovint són causades per biofilms, és a dir, colònies de microorganismes, principalment bacteris, que creixen junts en una matriu que ells mateixos produeixen i que els protegeix i aïlla de l’ambient extern.
Aquesta matriu extracel·lular agreuja la resistència als antibiòtics -“una de les amenaces més grans per a la salut mundial”, segons l’Organització Mundial de la Salut-, ja que fa que sigui fins a 1000 vegades més difícil matar els bacteris de l’interior del biofilm. Les infeccions per biofilms són, per tant, el mecanisme inespecífic més important de resistència als antimicrobians.
“Combinant un antibiòtic amb un parell d’agents que perforen el biofilm, construïm un fàrmac molt més potent que l’antibiòtic per si mateix, eliminant fins i tot els bacteris que viuen dins del biofilm”, explica Eduard Torrents, investigador principal d’aquest treball.
Atacar aquests microorganismes només amb antibiòtics no és suficient. Es necessiten eines que trenquin la matriu extracel·lular per accedir als bacteris de l’interior i eliminar-les. Un innovador estudi publicat a la revista científica npj Biofilms and Microbiomes, i liderat per l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), ho ha aconseguit.
Torrents dirigeix el grup Infeccions bacterianes: teràpies antimicrobianes de l’IBEC i és professor associat de la Universitat de Barcelona. Núria Blanco-Cabra, primera autora de l’article científic, és investigadora postdoctoral al grup de Torrents a la UB/IBEC. La investigació es va dur a terme en col·laboració amb científics del CIDETEC (País Basc).
Combinació de fàrmacs de triple acció
En aquest estudi, el bacteri investigat va ser Pseudomonas aeruginosa. Aquest patogen sol créixer en biofilms als pulmons de pacients amb fibrosi quística o malaltia pulmonar obstructiva crònica (MPOC), causant infeccions persistents. “Vam fer cultius de biofilms in vitro, utilitzant una tècnica que s’assembla molt a la manera com existeixen i creixen a la natura”, va afegir Torrents. A la pràctica clínica, aquestes infeccions solen tractar-se amb un antibiòtic anomenat tobramicina. No obstant això, la seva eficàcia es veu limitada per la seva incapacitat per penetrar al biofilm. Això és degut al fet que la tobramicina, que està carregada positivament, és neutralitzada per la matriu extracel·lular, carregada negativament.
Tenint en compte això, els investigadors van carregar l’antibiòtic en portadors de nanopartícules amb càrrega negativa. Això va tenir l’efecte de neutralitzar la càrrega positiva abans que el fàrmac arribés al biofilm, cosa que li va permetre trencar la matriu extracel·lular i matar els bacteris del seu interior. I el que és més important, aquests portadors –fabricats amb nanopartícules de cadena simple a base de dextrà– van ser capaços de transportar fins al 40% del pes de l’antibiòtic. “Molts dels nanotransportadors estudiats anteriorment només han pogut suportar una petita càrrega del compost objectiu, cosa que n’ha impedit l’ús clínic. Nosaltres hem aconseguit superar aquest obstacle”, afirma Torrents.
Els nanotransportadors carregats d’antibiòtics també estaven recoberts d’un enzim anomenat DNasa I. Un dels “colas” que manté units els biofilms bacterians és l’ADN estructural que es troba a la matriu extracel·lular. La DNasa I és capaç de trencar aquesta cola, fent que la matriu s’afluixi i permetent que l’antibiòtic penetri encara més al biofilm. En observar una sèrie d’imatges de microscopia al llarg d’un temps, els investigadors van poder comprovar que el seu agent no només havia dissolt l’ADN estructural de la matriu extracel·lular, sinó que també actuava sobre els bacteris de l’interior i els matava. Amb una sola aplicació, van reduir la biomassa bacteriana a més de la meitat.
Una nova esperança per a les infeccions “intractables”
En haver aconseguit una eliminació tan significativa del biofilm després d’una sola dosi del nostre agent, vam predir que un curs complet d’antibiòtics podria reduir considerablement la càrrega d’aquestes infeccions extremadament difícils de tractar.
Eduard Torrents, IBEC
En un ús clínic futur, aquest agent s’administraria en múltiples dosis, com és la pràctica habitual amb els antibiòtics.
El pas següent és treballar en la validació clínica d’aquest sistema. La seva comercialització suposaria un avenç decisiu en el tractament de les infeccions per biofilms, el cost econòmic mundial dels quals ascendeix actualment a 4.000 milions de dòlars l’any.
Article de referència:
Núria Blanco-Cabra, Julie Movellan, Marco Marradi, Raquel Gracia, Cristian Salvador, Damien Dupin, Iraida Loinaz & Eduard Torrents. Neutralization of ionic interactions by dextran-based single-chain nanoparticles improves tobramycin diffusion into a mature biofilm. npj Biofilms Microbiomes 8, 52 (2022). https://doi.org/10.1038/s41522-022-00317-9
