(PhysOrg.com) - I ricercatori dell'IBM e dell'Istituto di bioingegneria e nanotecnologia hanno scoperto una svolta nella nanomedicina in cui è stato dimostrato che nuovi tipi di polimeri rilevano e distruggono fisicamente i batteri resistenti agli antibiotici e le malattie infettive come lo Staphylococcus aureus resistente alla meticillina, noto come MRSA.

Scoperto applicando i principi utilizzati nella produzione di semiconduttori, queste nanostrutture sono fisicamente attratte dalle cellule infette come un magnete, consentendo loro di sradicare selettivamente i batteri difficili da trattare senza distruggere le cellule sane intorno a loro. Questi agenti impediscono anche ai batteri di sviluppare resistenza ai farmaci rompendo effettivamente la parete cellulare e la membrana batterica, una modalità di attacco fondamentalmente diversa rispetto agli antibiotici tradizionali.

L'MRSA è solo un tipo di batteri pericolosi che si trova comunemente sulla pelle e si contrae facilmente in luoghi come palestre, scuole e ospedali dove le persone sono a stretto contatto. Nel 2005, MRSA è stato responsabile di quasi 95, 000 infezioni gravi, e associato a quasi 19, 000 decessi correlati alla degenza ospedaliera negli Stati Uniti.

La sfida con infezioni come MRSA è duplice. Primo, la resistenza ai farmaci si verifica perché i microrganismi sono in grado di evolversi per resistere efficacemente agli antibiotici perché i trattamenti attuali lasciano la parete cellulare e la membrana in gran parte intatte. Inoltre, le alte dosi di antibiotici necessarie per uccidere una tale infezione distruggono indiscriminatamente i globuli rossi sani oltre a quelli contaminati.

“Il numero di batteri nel palmo di una mano supera l'intera popolazione umana, "ha detto il dottor James Hedrick, Scienziato di materiali organici avanzati, IBM Research – Almaden. "Con questa scoperta siamo stati in grado di sfruttare decenni di sviluppo di materiali tradizionalmente utilizzati per le tecnologie dei semiconduttori per creare un meccanismo di somministrazione di farmaci completamente nuovo che potrebbe renderli più specifici ed efficaci".

Se prodotto commercialmente, queste nanostrutture biodegradabili potrebbero essere iniettate direttamente nel corpo o applicate localmente sulla pelle, trattare le infezioni della pelle attraverso prodotti di consumo come deodoranti, sapone, disinfettante per le mani, salviette da tavola e conservanti, così come essere usato per aiutare a guarire le ferite, tubercolosi e infezioni polmonari.

“Utilizzando le nostre nuove nanostrutture, siamo in grado di offrire una valida soluzione terapeutica per il trattamento dell'MRSA e di altre malattie infettive. Questa entusiasmante scoperta integra efficacemente le nostre capacità nelle scienze biomediche e nella ricerca sui materiali per affrontare questioni chiave nella somministrazione di farmaci convenzionali, "ha detto il dottor Yiyan Yang, Capo del gruppo, Istituto di Bioingegneria e Nanotecnologia, Singapore.

Come funziona

Il sistema immunitario del corpo umano è progettato per proteggerci dalle sostanze nocive, sia dentro che fuori, ma per una serie di motivi, molti degli antibiotici convenzionali odierni vengono rifiutati dall'organismo o hanno un tasso di successo limitato nel trattamento dei batteri resistenti ai farmaci. Gli agenti antimicrobici sviluppati da IBM Research e dall'Institute of Bioengineering and Nanotechnology sono specificamente progettati per colpire un'area infetta per consentire una somministrazione sistemica del farmaco.

Una volta che questi polimeri entrano in contatto con l'acqua all'interno o sul corpo, si autoassemblano in una nuova struttura polimerica progettata per colpire le membrane dei batteri in base all'interazione elettrostatica e sfondare le membrane e le pareti cellulari. La natura fisica di questa azione impedisce ai batteri di sviluppare resistenza a queste nanoparticelle.

La carica elettrica naturalmente presente nelle cellule è importante perché le nuove strutture polimeriche vengono attratte solo dalle aree infette preservando i globuli rossi sani di cui il corpo ha bisogno per trasportare l'ossigeno in tutto il corpo e combattere i batteri.

A differenza della maggior parte dei materiali antimicrobici, questi sono biodegradabili, che ne esalta la potenziale applicazione perché vengono naturalmente eliminati dal corpo (piuttosto che rimanere indietro e accumularsi negli organi).

I polimeri antimicrobici creati da IBM Research e dall'Institute of Bioengineering and Nanotechnology e sono stati testati su campioni microbici clinici dallo State Key Laboratory for Diagnosis and Treatment of Infectious Diseases, Primo ospedale affiliato, College of Medicine e Zhejiang University in Cina. Il documento di ricerca completo è stato recentemente pubblicato sulla rivista peer-reviewed Chimica della natura .

I ricercatori di IBM stanno già applicando i principi della nanotecnologia per creare potenziali innovazioni mediche come il transistor DNA e la risonanza magnetica 3-D. Più di recente hanno lavorato su un test diagnostico point-of-care basato su un innovativo chip di silicio che richiede un volume di campione inferiore, può essere notevolmente più veloce, portatile, facile da usare, e può testare molte malattie. Soprannominato "Lab on a Chip, "I risultati sono così rapidi e accurati che un piccolo campione di sangue di un paziente potrebbe essere analizzato immediatamente dopo un attacco di cuore per consentire al medico di intraprendere rapidamente una linea d'azione per aiutare il paziente a sopravvivere.