I Centers for Disease Control and Prevention stimano che oltre 2,8 milioni di americani sperimentano infezioni resistenti agli antibiotici ogni anno; più di 35.000 muoiono a causa di quelle infezioni.

Per affrontare questo problema di salute pubblica critico e mondiale, un team di ricercatori guidato da Hongjun (Henry) Liang, Ph.D., del Dipartimento di Fisiologia Cellulare e Biofisica Molecolare del Texas Tech University Health Sciences Center (TTUHSC), ha recentemente studiato se o non una serie di nuove nanoparticelle può uccidere alcuni dei patogeni che portano all'infezione umana senza influenzare le cellule sane.

Lo studio, "Nanoparticelle idrofile che uccidono i batteri mentre risparmiano le cellule dei mammiferi rivelano il ruolo antibiotico delle nanostrutture", è stato pubblicato l'11 gennaio da Nature Communications .

Ricerche precedenti hanno dimostrato che l'idrofobicità (la capacità di una molecola di respingere l'acqua) e l'idrofilia (la capacità di una molecola di attrarre e dissolversi nell'acqua) influenzano le cellule; più una sostanza è idrofobica, più avversa sarà la reazione che causerà. Tuttavia, ha affermato Liang, non esiste uno standard quantitativo per quanta idrofobicità sia accettabile.

"Fondamentalmente, puoi uccidere i batteri quando aumenti l'idrofobicità", ha detto Liang. "Ma ucciderà anche le cellule sane e non lo vogliamo."

Per il loro studio, il team di Liang ha utilizzato nuove nanoparticelle idrofile conosciute come nanoantibiotici che sono state sviluppate dal laboratorio di Liang. Dal punto di vista strutturale, questi nuovi nanoantibiotici assomigliano a minuscole sfere pelose, ciascuna composta da molte pennelli polimerici idrofili innestati su nanoparticelle di silice di diverse dimensioni.

Questi composti sintetici, prodotti dal laboratorio di Liang, sono progettati per uccidere i batteri attraverso le interruzioni della membrana come fanno i peptidi antimicrobici, ma attraverso una diversa modalità di rimodellamento della membrana che danneggia le membrane batteriche e non le cellule dei mammiferi. I peptidi antimicrobici sono una classe diversificata di molecole anfipatiche (parzialmente idrofile-parzialmente idrofobiche), che si trovano naturalmente e fungono da prima linea di difesa per tutti gli organismi multicellulari. L'uso diretto dei peptidi antimicrobici come antibiotici è limitato dalla loro stabilità e tossicità.

Ci sono stati altri studi in cui i ricercatori hanno innestato molecole anfipatiche su nanoparticelle e anche loro uccidono i batteri. Tuttavia, Liang ha affermato che il problema principale nell'uso delle molecole anfipatiche è che diventa molto difficile trovare il giusto equilibrio tra la loro idrofobicità e idrofilia in modo che la tossicità di queste molecole per le nostre stesse cellule sia significativamente ridotta.

"Nel nostro caso, rimuoviamo quell'incertezza dall'equazione perché abbiamo iniziato con un polimero idrofilo", ha sottolineato Liang. "La citotossicità delle frazioni idrofobiche non è più un problema. Quei polimeri idrofili da soli, o le nanoparticelle di silice da sole non uccidono i batteri; devono essere innestati sulla nanostruttura per essere in grado di uccidere i batteri. E quindi, questo è il prima importante scoperta."

Il team di Liang ha anche scoperto che il grado di attività antibiotica è influenzato dalle dimensioni delle sfere pelose, che secondo Liang è la seconda importante scoperta di questa ricerca. Quelli che misurano 50 nanometri e inferiori sembrano essere molto più attivi di quelli la cui dimensione supera i 50 nanometri. Liang ha detto che quelli che misurano circa 10 nanometri sembrano essere i più attivi. (Utilizzando lo scattering di raggi X a piccolo angolo di sincrotrone e altri metodi, il team di Liang è in grado di interpretare il meccanismo molecolare dell'attività antibiotica dipendente dalle dimensioni.)

Queste scoperte sono importanti perché l'uso di nanoantibiotici per uccidere i batteri elude tutti i meccanismi noti di resistenza batterica a meno che i batteri non ripristinino completamente i loro percorsi per la produzione delle membrane cellulari, cosa che secondo Liang è improbabile.

"È anche quasi impossibile per i batteri sviluppare una nuova resistenza contro i nanoantibiotici", ha sottolineato Liang. "Inoltre, questa scoperta illumina un progetto per sviluppare nuovi antibiotici che ucciderebbero i batteri al contatto, ma che rimarranno amabili per l'uomo perché sono prodotti utilizzando ingredienti non tossici e rispettosi dell'ambiente tramite la nanoingegneria". + Esplora ulteriormente

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