Si stima che 700, 000 persone nel mondo muoiono ogni anno a causa di infezioni resistenti agli antibiotici, compresi i ceppi di E. coli , Stafilococco , e polmonite. E se le tendenze attuali continuano, alcune previsioni dicono che il bilancio delle vittime annuo potrebbe salire a 10 milioni entro il 2050, superando la quantità di persone uccise da tutti i tumori messi insieme.

particelle microscopiche, prodotto da quegli stessi batteri resistenti agli antibiotici, potrebbe sostituire gli antibiotici tradizionali e fornire una soluzione a questa crisi incombente, dice Thomas Webster, un professore di ingegneria chimica alla Northeastern.

Webster e i suoi colleghi stanno usando i batteri per produrre nanoparticelle, particelle metalliche larghe da uno a 100 nanometri. (Un singolo capello è di circa 80, 000 nanometri di larghezza.) I ricercatori hanno scoperto che queste nanoparticelle sono particolarmente efficaci nell'uccidere qualsiasi tipo di cellula sia stato utilizzato per crearle, compresi i ceppi di batteri resistenti agli antibiotici tradizionali.

"Queste particelle prodotte da organismi viventi sono in realtà migliori di quelle prodotte attraverso la chimica sintetica, "dice Webster, che è anche Art Zafiropoulo Chair in Engineering alla Northeastern. "Possono colpire selettivamente i batteri o le cellule che li hanno creati".

A causa delle loro piccole dimensioni, le nanoparticelle possono distruggere le cellule soffocandole dall'esterno o interrompendo le funzioni cellulari dall'interno. La parte difficile è assicurarsi che le nanoparticelle uccidano solo le cellule che dovrebbero.

"Abbiamo molti batteri molto buoni nel nostro corpo, " Webster dice. "Vuoi solo uccidere quelli dannosi".

Le nanoparticelle sono tipicamente prodotte sinteticamente, utilizzando reazioni chimiche. Ma nutrendo batteri o altre cellule con il giusto composto chimico, i ricercatori sono stati invece in grado di utilizzare i meccanismi interni di una cellula per sintetizzare le nanoparticelle.

Sebbene i ricercatori non siano sicuri del motivo per cui queste nanoparticelle si rivolgono specificamente ai loro creatori, Davide Medina, uno studente di dottorato nel laboratorio di Webster, afferma che i batteri potrebbero identificare erroneamente le nanoparticelle come "amichevoli".

Le cellule batteriche sono in grado di riconoscersi. Possono agire per combattere qualcosa che si registra come straniero, ma possono coesistere e cooperare con i loro simili. Quando i batteri producono nanoparticelle, li ricoprono di un sottile alone di proteine. Quello strato proteico potrebbe far sì che altri batteri della stessa specie li contrassegnano come "amichevoli" e lasciano che le nanoparticelle si avvicinino.

"Il rivestimento naturale viene dai batteri, " dice Medina. "Lo tirano dentro, pensando che sia qualcosa di simile a loro. Ma allora, trovano una sorpresa."

A causa di questo inganno, Medina si riferisce alle nanoparticelle come "cavalli di Troia nanometrici". E, come spesso accade nella scienza, la scoperta fu un felice incidente.

Il laboratorio di Webster ha lavorato con le nanoparticelle per due decenni, lui dice, ma come la maggior parte dei ricercatori, stavano producendo quelle nanoparticelle attraverso la chimica sintetica.

"A volte in quel processo, devi usare materiali abbastanza tossici, " dice Webster. Quando Medina iniziò la sua ricerca di dottorato in laboratorio, voleva concentrarsi su metodi più rispettosi dell'ambiente. "Grazie agli sforzi di David, siamo uno dei pochi laboratori veramente pionieri in quest'area che chiamiamo nanomedicina verde, dove si utilizzano materiali sicuri per l'ambiente o organismi viventi per produrre nanoparticelle".

Le nanoparticelle hanno molti potenziali usi in medicina e in altri campi, ma Medina decise di vedere se il suo sarebbe stato in grado di uccidere i batteri. Iniziò a coltivare colonie di cellule, mescolando in sali metallici per la loro lavorazione, e poi purificare i risultati in nanoparticelle. Poi avrebbe mescolato quelle nanoparticelle con una diversa specie di batteri, per vedere se le nanoparticelle potevano ucciderli.

Un giorno, ha commesso un errore.

"Ero davvero stanco, " dice Medina. "Stavo preparando l'esperimento, e invece di mescolare le nanoparticelle con un batterio diverso, Li ho mescolati con lo stesso."

Le nanoparticelle, che non aveva quasi alcun effetto sui batteri su cui intendeva testarli, ucciso efficacemente i batteri che li hanno creati.

"David ha scoperto che se programmiamo l'MRSA [un batterio Staphylococcus resistente agli antibiotici] per creare una nanoparticella, quella nanoparticella può effettivamente uccidere selettivamente l'MRSA, " Webster dice. "E lo stiamo vedendo attraverso l'intero spettro. Se hai preso una cellula di cancro al seno e hai programmato quella cellula per creare una nanoparticella, quella nanoparticella è più selettiva nell'uccidere le cellule del cancro al seno rispetto alle cellule sane che sono nel tuo corpo. È stato del tutto inaspettato".

Questa scoperta è diventata il centro della tesi di dottorato di Medina, e potrebbe fornire un modo per combattere il crescente numero di infezioni resistenti agli antibiotici. I ricercatori stanno anche esaminando l'utilizzo di questi metodi per progettare trattamenti contro il cancro a base di nanoparticelle.

"Tutto ciò che ci aspettavamo di fare in questo sforzo era ridurre il numero di sostanze chimiche tossiche che usiamo per produrre nanoparticelle, " dice Webster. "Ma abbiamo finito per scoprire un'intera famiglia di nanoparticelle che sono in realtà più efficaci nel fare ciò che vogliamo che facciano:uccidere i batteri, o uccidere le cellule tumorali."