I ninja umani erano famosi per cercare e distruggere i loro avversari in modo rapido e furtivo. Le particelle ninja sono così, pure, solo microscopicamente. Toshifumi Kitamura/AFP/Getty Images I ninja erano guerrieri furtivi nella storia giapponese a cui spesso veniva dato l'incarico di infiltrarsi e assassinare i nemici. Le particelle ninja fanno più o meno la stessa cosa:attaccano e uccidono.
Creato e nominato da ricercatori dell'IBM e dell'Istituto di bioingegneria e nanotecnologia di Singapore, questi minuscoli aggressori possono risolvere due problemi che affliggono la medicina moderna:batteri e biofilm resistenti agli antibiotici. Sul primo fronte, la metà dei pazienti ospedalizzati negli Stati Uniti soffre di infezione acquisita in ospedale con batteri resistenti ai farmaci, secondo alcune stime, e le infezioni da questi batteri stanno diventando sempre più difficili da trattare [fonte:Liu]. Superbatteri, come resistente alla meticillina che causa infezioni Staphylococcus aureus e Escherichia coli , hanno sviluppato una resistenza agli antibiotici tradizionali. Di conseguenza, scienziati e medici sono costretti a cercare opzioni di trattamento alternative per uccidere questi batteri. Secondo, anche i biofilm che si formano sulle superfici dei dispositivi medici rappresentano un problema enorme. Poiché queste sostanze appiccicose piene di batteri ricoprono cateteri e altri impianti medici, i dispositivi diventano un veicolo per trasportare i batteri nel corpo.
Inserisci la particella ninja. In classico stile ninja, queste minuscole particelle (1, 000 volte più piccolo di un granello di sabbia!) potrebbe un giorno essere in grado di infiltrarsi nel corpo, dai la caccia al batterio incriminato e uccidilo in un modo che fa sembrare il microbo come se fosse stato attaccato con una stella ninja. Come il suo omonimo, questa particella è brava nel suo lavoro. Si concentra sul suo obiettivo e riesce a lasciare illese altre cellule. Le particelle sono ugualmente abili nell'eliminare i biofilm che si formano sulle superfici, rendendo queste piccole forze ninja da non sottovalutare.
Continua a leggere per saperne di più su come queste particelle si sono fatte strada nel laboratorio e cosa possono fare per noi.
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Sembra una cellula batterica senza nulla da temere, Giusto? Vai alla pagina successiva per vedere come appare dopo che una particella ninja ci arriva. Immagine gentilmente concessa da IBM Quando il ricercatore Yi Yan Yang ha sentito del lavoro che Jim Hedrick stava facendo alla IBM sulla microelettronica, si è immediatamente avvicinata a lui per una collaborazione, dicendogli che i suoi progressi nella ricerca potrebbero essere utilizzati meglio in medicina. Da allora, la loro collaborazione ha portato allo sviluppo di un gruppo molto promettente di nanoparticelle chiamate "particelle ninja".
Il sistema immunitario umano ha ispirato la loro creazione. Quando una persona si ammala, il suo corpo secerne peptidi antimicrobici . Queste molecole che combattono i batteri cercano un microbo, aggrappati ad esso e uccidilo (l'ultima parte può avvenire in diversi modi). Hedrick e Yang hanno deciso di creare una particella in laboratorio che avrebbe fatto la stessa cosa.
La nanoparticella che hanno creato è costituita da un tipo speciale di polimero. polimeri sono lunghissimi, molecole incatenate. plastica, Per esempio, sono tutti polimeri La nanoparticella polimerica sviluppata da Hedrick e Yang ha tre parti che la rendono così abile nell'uccidere i batteri.
Con queste tre parti, le particelle ninja hanno dimostrato di essere efficaci nell'uccidere i resistenti alla meticillina Staphylococcus aureus (MRSA), E. coli e alcuni tipi di funghi [fonte:Yang]. Inoltre, le nanoparticelle possono essere utilizzate per rivestire dispositivi medici come cateteri, che sono noti per la crescita di biofilm ricchi di batteri. Il rivestimento impedisce la formazione di batteri sulle superfici, riducendo la possibilità di infezioni nei pazienti con questi dispositivi impiantati.
Ecco come appare la cellula batterica dopo che una particella ninja si è depositata su di essa:scoppiata (o lisata). Immagine gentilmente concessa da IBM Quindi le particelle ninja sono appositamente progettate per colpire i batteri e ucciderli, ma come? Il primo passo è trovare le cellule batteriche incriminate in un mare di cellule di mammifero. È qui che prende piede il principio chiave "gli opposti si attraggono". La superficie delle cellule batteriche è più caricata negativamente di quella delle cellule dei mammiferi. Per essere specificamente attratto dalle cellule batteriche, le particelle ninja devono avere la carica opposta – positiva. Raccolgono questa carica positiva sulla loro superficie attraverso un processo chiamato autoassemblaggio . Ogni particella è composta da molte, molti filamenti più piccoli di polimeri. Questi polimeri si aggregano, o autoassemblante, formare delle palline chiamate micelle . A causa delle interazioni attraenti tra le diverse parti della catena polimerica, queste micelle si formano naturalmente in acqua con l'esterno della sfera ricoperto da una carica positiva. E voilà:la sfera di carica positiva è naturalmente attratta dal microbo caricato negativamente.
Una volta lì, la particella ninja si attacca alla cellula batterica. Le porzioni caricate positivamente della particella che hanno aiutato a trovare selettivamente le cellule batteriche agiscono anche come agenti antibatterici, praticando fori nella parete cellulare. Questo processo, chiamato lisi della membrana , rovina la struttura della cellula, facendo sì che le viscere della cellula inizino a trasudare, senza speranza di guarigione. Questo, infatti, è qui che i ricercatori hanno inventato il nome "ninja" per le loro particelle. Il metodo kill di perforare la parete cellulare con dei buchi è simile a quello che potrebbe accadere se la cellula fosse attaccata con una stella ninja.
Una delle parti migliori di questo processo è che ai batteri non viene mai data la possibilità di sviluppare alcuna resistenza. Gli antibiotici agiscono paralizzando selettivamente alcune parti del meccanismo cellulare, mantenendo intatte la maggior parte delle caratteristiche strutturali. Il metodo delle particelle ninja, in contrasto, è molto fisicamente dannoso per la cellula, e i batteri non hanno l'opportunità di sviluppare potenzialmente una resistenza alle particelle ninja [fonte:Nederberg et al].
La durata delle particelle ninja può essere messa a punto in modo che siano in grado di uccidere le cellule batteriche prima di essere uccise da sole. Infine, però, gli enzimi nel corpo iniziano a degradare le particelle e si disgregano, con i bit più piccoli risultanti che vengono espulsi dal corpo [fonte:Hedrick].
I batteriofagi possono rappresentare un'altra opzione di trattamento per i medici che combattono le infezioni batteriche. Science Picture Co/Getty Images Con il passaggio a un mondo post-antibiotico, gli scienziati hanno spinto per trovare trattamenti alternativi per l'infezione che non comportano antibiotici. Sono stati fatti progressi con i virus chiamati batteriofagi , che dirottano il macchinario interno dei batteri e lo fanno scoppiare come un palloncino. Altro lavoro è stato fatto con le tossine prodotte dai batteri ( batteriocine ) per uccidere i batteri che causano infezioni. I progressi più strettamente correlati alle particelle ninja sono le terapie che coinvolgono cationico o peptidi antimicrobici . Queste molecole possono anche colpire selettivamente i batteri a causa dell'attrazione opposta delle cariche sulle loro superfici. Il loro metodo per uccidere le cellule batteriche è radicato nell'interruzione della comunicazione tra le cellule [fonte:Borel]. Questa terapia, però, è stato afflitto da diversi problemi:tossicità per la salute, cellule non batteriche (ad esempio, le cellule di mammifero possono rompersi e rilasciare il loro contenuto); breve emivita in vivo (non durano molto a lungo nel corpo) e alti costi di produzione [fonte:Nederberg et al].
Le particelle ninja risolvono molti di questi problemi. Sono compatibili con il sangue, avere una tossicità minima o nulla per i globuli rossi; sono sufficientemente stabili da rimanere efficaci in vivo; si biodegradano facilmente e sono ordini di grandezza più economici da produrre. Le particelle ninja non sono gli unici batteri che combattono le particelle là fuori. I ricercatori di tutto il mondo hanno fatto progressi simili sviluppando altre piccole molecole con proprietà antimicrobiche o creando approcci basati su nanoparticelle per la somministrazione di farmaci [fonti:Zhu e Gao]. Queste particelle si uniscono a una crescente comunità di terapie basate su nanoparticelle. Le nanoparticelle sono utilizzate in applicazioni medicinali come l'imaging medico (come la risonanza magnetica) e nel trattamento di un'ampia gamma di malattie come il cancro e l'AIDS.
Le particelle ninja hanno il potenziale per avere un enorme impatto nelle nostre vite. La loro capacità dimostrata di cercare e uccidere i batteri resistenti agli antibiotici significa che un giorno potremmo vederli sotto forma di un farmaco iniettabile. I ricercatori continuano a raccogliere dati sull'efficacia e sulla tossicità (o assenza di tossicità, effettivamente) di queste particelle. Una volta che hanno completato i loro test, le aziende farmaceutiche possono intervenire per eseguire sperimentazioni umane che monitorano il modo in cui queste particelle combattono le infezioni batteriche all'interno del corpo.
Fuori dal corpo, potremmo iniziare a vedere particelle ninja usate come disinfettanti e fermare la formazione di biofilm. I batteri che compongono i biofilm sono molto bravi a proteggersi. Molti spray sul mercato hanno difficoltà a rompere gli strati protettivi di un biofilm per disinfettare le superfici. Particelle ninja, d'altra parte, sono in grado di sradicare i batteri in questi biofilm al contatto, fornendo un ottimo modo per pulire i dispositivi medici, o anche superfici di preparazione del cibo.
Queste nanoparticelle possono trovare la loro strada nei nostri prodotti per la cura personale, pure, essenzialmente qualsiasi luogo in cui non vorremmo l'accumulo di batteri. Possono essere usati per rivestire le lenti a contatto o inseriti come additivi in cose come collutorio, deodoranti e detergenti. Possono essere utilizzati anche nei sistemi di purificazione dell'acqua. I batteri cattivi sono ovunque, e queste particelle ninja sono pronte a trovarle e distruggerle.
È il massimo quando qualcosa che ha un nome interessante è davvero all'altezza del suo nome. E le particelle ninja sono fantastiche come suggerisce il loro nome. Mentre scrivevo questo articolo, Amavo immaginare queste particelle che sfrecciavano furtivamente attraverso il corpo, trovare i batteri cattivi e aprirli con un taglio. Questa ricerca è così promettente; Non vedo l'ora di trovare queste particelle sul mercato. L'unica parte che mi rattrista è che quando un giorno lo faranno nei nostri prodotti per la cura personale o nei nostri farmaci, che non sarò in grado di scorrere gli ingredienti e vedere le "particelle ninja" elencate. Purtroppo, Penso che la FDA e altre organizzazioni di regolamentazione possano richiedere i loro nomi chimici effettivi. Peccato.
