La resistenza agli antibiotici è un problema crescente, specialmente tra un tipo di batteri che sono classificati come "Gram-negativi". Questi batteri hanno due membrane cellulari, rendendo più difficile per i farmaci penetrare e uccidere le cellule.

I ricercatori del MIT e di altre istituzioni sperano di utilizzare la nanotecnologia per sviluppare trattamenti più mirati per questi insetti resistenti ai farmaci. In un nuovo studio, riferiscono che un peptide antimicrobico confezionato in una nanoparticella di silicio ha ridotto drasticamente il numero di batteri nei polmoni dei topi infettati da Pseudomonas aeruginosa, una malattia che causa batteri Gram-negativi che possono portare a polmonite.

Questo approccio, che potrebbe anche essere adattato per colpire altre infezioni batteriche difficili da trattare come la tubercolosi, è modellato su una strategia che i ricercatori hanno precedentemente utilizzato per fornire farmaci antitumorali mirati.

"Ci sono molte somiglianze nelle sfide di consegna. Nell'infezione, come nel cancro, il nome del gioco è uccidere selettivamente qualcosa, usando un farmaco che ha potenziali effetti collaterali, "dice Sangeeta Bhatia, il professore John e Dorothy Wilson di scienze e tecnologia della salute e ingegneria elettrica e informatica e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research e Institute for Medical Engineering and Science del MIT.

Bhatia è l'autore senior dello studio, che appare sul giornale Materiale avanzato . L'autore principale è Ester Kwon, un ricercatore presso il Koch Institute. Altri autori sono Matthew Skalak, un laureato del MIT ed ex tecnico di ricerca del Koch Institute; Alessandro Bertucci, un Marie Curie Postdoctoral Fellow presso l'Università della California a San Diego; Gary Braun, un postdoc presso il Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute; Francesco Ricci, professore associato presso l'Università di Roma Tor Vergata; Erkki Ruoslahti, un professore al Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute; e Michele Marinaio, un professore all'UCSD.

Peptidi sinergici

Poiché i batteri diventano sempre più resistenti agli antibiotici tradizionali, un'alternativa che alcuni ricercatori stanno esplorando sono i peptidi antimicrobici, proteine ​​difensive presenti in natura che possono uccidere molti tipi di batteri interrompendo bersagli cellulari come membrane e proteine ​​o processi cellulari come la sintesi proteica.

Alcuni anni fa, Bhatia e i suoi colleghi hanno iniziato a studiare la possibilità di fornire peptidi antimicrobici in modo mirato utilizzando nanoparticelle. Hanno anche deciso di provare a combinare un peptide antimicrobico con un altro peptide che avrebbe aiutato il farmaco ad attraversare le membrane batteriche. Questo concetto è stato costruito su lavori precedenti che suggerivano che questi "peptidi tandem" potrebbero uccidere efficacemente le cellule tumorali.

Per il peptide antimicrobico, i ricercatori hanno scelto una tossina batterica sintetica chiamata KLAKAK. Hanno attaccato questa tossina a una varietà di "peptidi di traffico, " che interagiscono con le membrane batteriche. Di 25 peptidi tandem testati, il migliore si è rivelato essere una combinazione di KLAKAK e un peptide chiamato lattoferrina, che era 30 volte più efficace nell'uccidere Pseudomonas aeruginosa rispetto ai singoli peptidi da soli. Aveva anche effetti tossici minimi sulle cellule umane.

Per ridurre ulteriormente i potenziali effetti collaterali, i ricercatori hanno confezionato i peptidi in nanoparticelle di silicio, che impediscono ai peptidi di essere rilasciati troppo presto e di danneggiare i tessuti durante il viaggio verso i loro obiettivi. Per questo studio, i ricercatori hanno consegnato le particelle direttamente nella trachea, ma per uso umano, hanno in programma di progettare una versione che potrebbe essere inalata.

Dopo che le nanoparticelle sono state consegnate a topi con un'infezione batterica aggressiva, quei topi avevano circa un milionesimo del numero di batteri nei loro polmoni rispetto ai topi non trattati, e sopravvissero più a lungo. I ricercatori hanno anche scoperto che i peptidi potrebbero uccidere i ceppi di Pseudomonas resistenti ai farmaci prelevati dai pazienti e coltivati ​​in laboratorio.

Adattare i concetti

Le malattie infettive sono un'area di ricerca abbastanza nuova per il laboratorio di Bhatia, che ha trascorso la maggior parte degli ultimi 17 anni a sviluppare nanomateriali per curare il cancro. Alcuni anni fa, ha iniziato a lavorare su un progetto finanziato dalla Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) per sviluppare trattamenti mirati per le infezioni del cervello, che ha portato al nuovo progetto di infezione polmonare.

"Abbiamo adattato molti degli stessi concetti dal nostro lavoro sul cancro, compreso l'aumento della concentrazione locale del carico e quindi l'interazione selettiva del carico con l'obiettivo, che ora è un batterio invece di un tumore, "dice Bhatia.

Ora sta lavorando per incorporare un altro peptide che aiuterebbe a indirizzare i peptidi antimicrobici nella posizione corretta nel corpo. Un progetto correlato prevede l'utilizzo di peptidi di traffico per aiutare gli antibiotici esistenti che uccidono i batteri Gram-positivi ad attraversare la doppia membrana dei batteri Gram-negativi, consentendo loro di uccidere anche quei batteri.