Investigadores desarrollan micro- y nanorrobots autónomos y con actividad antimicrobiana, capaces de atacar a las bacterias en el sitio de infección. El trabajo ha sido coliderado por Samuel Sánchez (Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y Cesar de la Fuente-Núñez (Univ. de Pensilvania, USA). La nueva tecnología, testada en ratones, es una valiosa herramienta para el tratamiento de infecciones bacterianas de forma controlada y localizada. En un futuro no muy lejano podría ayudar a combatir infecciones.
Una muerte a cada 3 segundos en 2050, o, dicho de otra forma, aproximadamente 10 millones de decesos. Esta es la estimación del impacto que las resistencias a antibióticos tendrán en algunos años y teniendo en cuenta que actualmente ya son la 4ª causa de muerte en los hospitales de los EUA. Esta compleja situación sanitaria se debe en gran medida al amplio e inespecífico espectro de acción de los antibióticos actuales y a la falta de métodos eficientes de administración que liberen el antibiótico solamente en el sitio de la infección y no de forma sistémica, lo que provoca la aparición de bacterias resistentes.
Con el objetivo de aportar soluciones a este problema, un grupo de investigadores internacionales coliderados por el profesor de investigación ICREA Samuel Sánchez del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y líder del grupo “Nano-Bio Dispositivos Inteligentes”, y por Cesar de la Fuente-Núñez (Universidad de Pensilvania, USA), han desarrollado micro- y nanorrobots que son capaces de llevar, de forma autónoma, péptidos (pequeñas proteínas) bactericidas al lugar de infección. El trabajo se ha publicado recientemente en la prestigiosa revista ACS Nano.
Movimiento autónomo y transporte de péptidos antimicrobianos
Nuestros nanorrobots combinan navegación, catálisis y capacidad bactericida para llevar cargas antimicrobianas a sitios de infección específicos.
Xavier Arqué, primer coautor del trabajo (IBEC)
Los micro- y nanomotores desarrollados en este trabajo se basan en sílice porosa y se impulsan de forma autónoma por una reacción química, la catálisis de la enzima ureasa, que utiliza la urea como combustible biocompatible. Estos diminutos robots se han recubierto con péptidos antimicrobianos que tienen una fuerte acción antibiótica. Uno de ellos es un péptido de origen natural y el otro es un péptido sintético derivado del veneno de la avispa. Ambos ejercen su función bactericida desestabilizando a la membrana celular de las bacterias, su envoltorio protector. La actividad bactericida de estos motores se ha probado en la micro y nano escalas (mil y 1 millón de veces menor que un milímetro, respectivamente) y en cinco especies de bacterias clínicamente relevantes y en todos los casos se mostró efectiva.
Actividad demostrada en ratones
Cuatro días después del tratamiento con los nanorrobots, analizamos la cantidad de bacterias en la herida y hemos visto que se había reducido hasta 3 veces.
Marcelo Torres, primer coautor del trabajo (Universidad de Pensilvania)
La clave del éxito del tratamiento ha sido el desplazamiento de los micro- y nanorrobots por toda la zona de la herida (1 cm2), lo que ha permitido llevar los péptidos antimicrobianos a una superficie mucho mayor. Por lo contrario, las heridas tratadas con los péptidos antimicrobianos libres mostraron una reducción en la cantidad de bacterias solamente en la zona de inoculación.
Esta nueva herramienta de bioingeniería abre las puertas a la implementación en la clínica de micro- y nanorrobots bioactivos y autónomos para el tratamiento de enfermedades infecciosas.
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.
Artículo de referencia: 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
