Investigadores de IBM y el Institute of Bioengineering and Nanotechnology lograron un importante avance en nanomedicina, al demostrar que nuevos tipos de polímeros son capaces de detectar físicamente y destruir bacterias resistentes a los antibióticos, y así ayudar a combatir enfermedades infecciosas como el Staphylococcus aureus resistente a la meticilina, conocido como SARM / MRSA.
Estas nanoestructuras, descubiertas gracias a la aplicación de principios utilizados en la fabricación de semiconductores, son físicamente atraídas a células infectadas que actúan como imanes, lo cual permite la erradicación selectiva de bacterias que son difíciles de tratar, sin destruir las células saludables que las circundan. Estos agentes también impiden que las bacterias desarrollen resistencia a las drogas, pues rompen literalmente la pared y la membrana de la célula bacteriana, lo cual constituye una modalidad de ataque radicalmente diferente de la utilizada por los antibióticos tradicionales.
SARM es tan sólo uno de los tipos de bacterias peligrosas que se encuentran comúnmente en la piel y que pueden contagiarse fácilmente en lugares como gimnasios, escuelas y hospitales, donde la gente está en contacto cercano. En 2005, SARM fue responsable de casi 95,000 infecciones graves, y se lo asoció con casi 19,000 muertes relacionadas con infecciones hospitalarias en los Estados Unidos.
El desafío que plantean infecciones como SARM es doble. En primer lugar, la resistencia a las drogas se produce porque los microorganismos son capaces de evolucionar para resistir eficazmente a los antibióticos, ya que los tratamientos actuales dejan prácticamente intactas su pared y membrana celular. Además, las altas dosis de antibióticos necesarias para matar una infección semejante destruyen indiscriminadamente glóbulos rojos saludables junto con las células contaminadas.
“La cantidad de bacterias que hay en la palma de una mano supera a toda la población humana,” comentó el Dr. James Hedrick, Científico en Materiales Orgánicos Avanzados, de IBM Research – Almaden. “Con este descubrimiento, pudimos aprovechar décadas de desarrollo de materiales tradicionalmente utilizados en tecnologías de semiconductores, para crear un mecanismo de llegada de medicamentos que es totalmente novedoso y podría tornarlos más específicos y eficaces.”
Si se fabricaran comercialmente, estas nanoestructuras biodegradables podrían inyectarse directamente en el cuerpo o aplicarse tópicamente sobre la piel, para tratar infecciones dérmicas a través de productos de consumo como desodorantes, jabones, higienizantes de manos, toallas para limpieza de superficies domésticas y conservantes, y para contribuir a cicatrizar heridas y curar la tuberculosis e infecciones del pulmón.
“Utilizando nuestras novedosas nanoestructuras, podemos ofrecer una solución terapéutica viable para el tratamiento de SARM y otras enfermedades infecciosas. Este descubrimiento extraordinario integra efectivamente nuestras capacidades en ciencias biomédicas e investigación de materiales para abordar cuestiones clave en la entrega de drogas convencionales,” comentó Dr. Yiyan Yang, Líder de Grupo del Institute of Bioengineering and Nanotechnology de Singapur.
Cómo funciona
El sistema inmune del cuerpo humano está diseñado para protegernos de sustancias peligrosas, tanto por dentro como por fuera, pero por una variedad de razones, muchos de los antibióticos convencionales de hoy día son rechazados por el organismo o tienen una tasa de éxito limitada para el tratamiento de bacterias resistentes a los medicamentos. Los agentes antimicrobianos desarrollados por IBM Research y el Institute of Bioengineering and Nanotechnology están específicamente diseñados para apuntar a un área infectada y permitir la entrega sistémica de la droga.
Una vez que estos polímeros entran en contacto con el agua dentro del cuerpo o sobre su superficie, se auto-convocan en una nueva estructura polímera diseñada para atacar ciertas células en base a la interacción electrostática y atravesar sus membranas y paredes celulares. La naturaleza física de esta acción impide a las bacterias desarrollar una resistencia a estas nanopartículas.
La carga eléctrica que se encuentra naturalmente en las células es importante porque las nuevas estructuras polímeras son atraídas sólo a las áreas infectadas y al mismo tiempo preservan los glóbulos rojos saludables que el cuerpo necesita para transportar el oxígeno por todo el cuerpo y combatir las bacterias.
A diferencia de la mayoría de los materiales antimicrobianos, estos son biodegradables, lo cual mejora su aplicación potencial, porque son eliminados naturalmente del organismo (no dejan material residual que se acumula en los órganos).
Los polímeros antimicrobianos creados por IBM Research y el Institute of Bioengineering and Nanotechnology fueron probados en muestras microbianas clínicas por State Key Laboratory for Diagnosis and Treatment of Infectious Diseases, First Affiliated Hospital, College of Medicine y la Universidad de Zhejiang en China. El informe completo sobre el estudio se publicó recientemente en la revista científica Nature Chemistry.
Los investigadores de IBM ya están aplicando los principios de la nanotecnología para crear innovaciones médicas potenciales como el transistor ADN (DNA Transistor) y resonancias magnéticas 3D (3-D MRI). Más recientemente, se han dedicado a trabajar en un análisis de diagnóstico en el punto de atención en un solo paso, basado en un innovador chip de silicio que requiere menos volumen de muestra, puede ser mucho más rápido, portátil, fácil de usar y puede utilizarse para la detección de una cantidad de enfermedades. Apodado “Laboratorio en un chip” (“Lab on a Chip”) ofrece resultados con tanta velocidad y precisión que una pequeña muestra de sangre de un paciente podría ser analizada de inmediato tras un ataque cardíaco para permitir al médico tomar rápidamente un curso de acción para ayudar al paciente a sobrevivir.
Para ver información adicional sobre cómo IBM está trabajando para una atención de salud más inteligente, visite: ibm.com/smarterplanet/healthcare o ibm.com/research.
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