I ricercatori dell'IBM e dell'Institute of Bioengineering and Nanotechnology hanno fatto un passo avanti nella nanomedicina in cui hanno convertito materiali plastici comuni come il polietilene tereftalato (PET) in materiali non tossici e biocompatibili progettati per colpire e attaccare specificamente le infezioni fungine. Questa ricerca è stata pubblicata oggi sulla rivista peer-reviewed, Comunicazioni sulla natura .
Ogni anno più di un miliardo di persone sono colpite da infezioni fungine, variando in gravità da condizioni cutanee topiche come il piede d'atleta a infezioni del sangue fungine potenzialmente letali. L'infezione è più probabile che si verifichi quando il sistema immunitario del corpo è compromesso a causa di una malattia come l'HIV/AIDS, cancro o quando si riceve un trattamento antibiotico.
C'è un urgente bisogno di sviluppare agenti antifungini efficaci e specifici per la malattia per mitigare questo crescente problema di resistenza ai farmaci. Le terapie antimicotiche tradizionali devono entrare all'interno della cellula per attaccare l'infezione, ma hanno difficoltà a mirare e penetrare nella parete della membrana dei funghi. Anche, poiché i funghi sono metabolicamente simili alle cellule dei mammiferi, i farmaci esistenti possono avere difficoltà a differenziare tra cellule sane e infette.
Riconoscendo questo, Gli scienziati IBM hanno applicato un processo catalitico organico per facilitare la trasformazione del PET, o rifiuti di plastica da una bottiglia, in molecole completamente nuove che possono essere trasformate in agenti antimicotici. Ciò è significativo in quanto le bottiglie di plastica vengono in genere riciclate mediante messa a terra meccanica e possono essere per lo più riutilizzate solo in prodotti secondari come vestiti, moquette o attrezzature per parchi giochi.
Come funziona
Questi nuovi agenti antimicotici si autoassemblano attraverso un processo di legame a idrogeno, si attaccano l'uno all'altro come un velcro molecolare in un modo simile a un polimero per formare nanofibre. Questo è importante perché questi agenti antifungini sono attivi solo come terapeutici sotto forma di fibre o polimeri.
Questa nuova nanofibra porta una carica positiva e può mirare selettivamente e attaccarsi solo alle membrane fungine caricate negativamente in base all'interazione elettrostatica. Quindi sfonda e distrugge le pareti della membrana cellulare fungina, impedendogli di sviluppare resistenza.
Secondo il dottor Yi Yan Yang, Capo del gruppo, IBN, "La capacità di queste molecole di autoassemblarsi in nanofibre è importante perché, a differenza delle molecole discrete, le fibre aumentano la concentrazione locale di cariche cationiche e massa composta. Ciò facilita il targeting della membrana fungina e la sua successiva lisi, consentendo la distruzione dei funghi a basse concentrazioni".
Sfruttando le capacità computazionali di IBM Research, i ricercatori hanno simulato gli assemblaggi antifungini, predire quali modifiche strutturali creerebbero l'efficacia terapeutica desiderata.
"Mentre le metodologie predittive computazionali continuano ad avanzare, possiamo iniziare a stabilire regole di base per l'autoassemblaggio per progettare terapie complesse per combattere le infezioni e l'incapsulamento efficace, trasporto e consegna di un'ampia varietà di carichi ai loro siti malati mirati, " ha detto il dottor James Hedrick, Scienziato di materiali organici avanzati, IBM Research – Almaden.
La concentrazione minima inibente (MIC) delle nanofibre, che è la concentrazione più bassa che inibisce la crescita visibile dei funghi, hanno dimostrato una forte attività antimicotica contro molteplici tipi di infezioni fungine. In ulteriori studi condotti dall'IBN di Singapore, i test hanno mostrato che le nanofibre hanno sradicato più del 99,9% di C. albicans, un'infezione fungina che causa la terza infezione del flusso sanguigno più comune negli Stati Uniti, dopo una sola ora di incubazione e non ha indicato resistenza dopo 11 trattamenti. I farmaci antifungini convenzionali sono stati in grado di sopprimere un'ulteriore crescita fungina mentre l'infezione ha mostrato resistenza ai farmaci dopo sei trattamenti
Additional findings of this research indicated the nanofibers effectively dispersed fungal biofilms after one-time treatment while conventional antifungal drugs were not effective against biofilms.
The in vivo antifungal activity of the nanofibers was also evaluated in a mouse model using a contact lens-associated C. albicans biofilm infection. The nanofibers significantly decreased the number of fungi, hindered new fungal structure growth in the cornea and reduced the severity of existing eye inflammation. These experiments also showed mammalian cells survived long after incubation with the nanofibers, indicating excellent in vitro biocompatibility. Inoltre, no significant tissue erosion is observed in the mouse cornea after topical application of the nanofibers.
"A key focus of IBN's nanomedicine research efforts is the development of novel polymers and materials for more effective treatment and prevention of various diseases, " said Professor Jackie Y. Ying, IBN Executive Director. "Our latest breakthrough with IBM allows us to specifically target and eradicate drug-resistant and drug-sensitive fungi strains and fungal biofilms, without harming surrounding healthy cells."
