Se lasciati a se stessi, i batteri sui nostri denti o sulla pelle ferita possono avvolgersi in un’impalcatura viscida, trasformandosi in quello che viene chiamato biofilm. Questi batteri devastano i nostri tessuti e, essendo protetti dai farmaci antibiotici dalla melma, sono difficili da rimuovere. Una nuova strategia potrebbe offrire un modo semplice per disgregare il letame e distruggere i batteri.
I ricercatori dell’Università della Pennsylvania e della Stanford University hanno sviluppato nanoparticelle d’oro rivestite di zucchero che hanno utilizzato sia per rappresentare che per distruggere i biofilm. In uno studio pubblicato sul Journal of Clinical Investigation , gli autori hanno dimostrato il potenziale diagnostico e terapeutico delle nanoparticelle sui denti e sulla pelle ferita di ratti e topi, eliminando i biofilm in appena un minuto e superando i comuni antimicrobici.
"Con questa piattaforma, è possibile eliminare i biofilm senza rimuovere chirurgicamente le infezioni, cosa che può essere necessaria quando si utilizzano antibiotici. Inoltre, questo metodo potrebbe trattare i pazienti se sono allergici agli antibiotici o se sono infetti da ceppi resistenti ai farmaci", ha affermato Luisa Russell. , Ph.D., direttore del programma presso la Divisione di Discovery Science &Technology presso NIBIB. "Il fatto che questo metodo sia privo di antibiotici è un enorme punto di forza."
I biofilm orali, noti anche come placche, formati da batteri come lo Streptococcus mutans possono causare una significativa carie. Le infezioni delle ferite, comunemente causate dai batteri Staphylococcus, possono ritardare notevolmente il processo di guarigione. In entrambi i casi, la fitta rete di proteine e carboidrati all'interno dei biofilm può impedire agli antibiotici di raggiungere i microbi in tutta l'area interessata.
Ma il problema posto dai biofilm non è tutto qui. Non solo sono difficili da rimuovere, ma sono anche difficili da individuare.
Questa nuova ricerca ha identificato una soluzione per eliminare entrambi i problemi con una fava:l'oro.
L’oro non è tossico e converte facilmente l’energia proveniente dalle fonti luminose in calore, rendendolo un ottimo candidato per la terapia fototermica, una strategia che utilizza il calore delle nanoparticelle per uccidere i patogeni vicini. Oltre a generare calore, le nanoparticelle emettono onde ultrasoniche rilevabili in risposta alla luce, il che significa che le particelle d'oro possono essere visualizzate utilizzando una tecnica chiamata imaging fotoacustico.
Nel nuovo studio, gli autori hanno incapsulato sfere d’oro all’interno di nanoparticelle più grandi a forma di gabbia dorata per ottimizzare la loro risposta alla luce sia per scopi terapeutici che di imaging. Per rendere le particelle attraenti per i batteri, le hanno rivestite con destrano, un carboidrato che è un elemento comune dei biofilm.
I ricercatori hanno valutato la loro strategia applicando le nanoparticelle d'oro sopra denti infetti da S. mutans provenienti da mascelle di ratto ex vivo.
In un test di imaging fotoacustico sui denti, le nanoparticelle emettevano segnali che arrivavano forti e chiari, consentendo al team di vedere esattamente dove i biofilm avevano assorbito le particelle rivestite di destrano sui denti.
Quindi, per valutare l'effetto terapeutico delle particelle, hanno irradiato i denti con un laser. Per fare un confronto, hanno trattato altri campioni di denti infetti con la clorexidina antisettica topica.
Il team ha osservato un netto contrasto nei risultati dei due trattamenti:la terapia fototermica è risultata efficace quasi al 100% nell'uccidere i biofilm, mentre la clorexidina non ha ridotto in modo significativo la vitalità dei batteri.
"Il metodo di trattamento è particolarmente veloce per l'infezione orale. Abbiamo applicato il laser per un minuto, ma in realtà in circa 30 secondi stiamo uccidendo praticamente tutti i batteri", ha detto la prima autrice dello studio Maryam Hajfathalian, Ph.D., professore di ingegneria biomedica presso il New Jersey Institute of Technology, che ha condotto questo studio mentre era ricercatore post-dottorato presso l'Università della Pennsylvania e l'Università di Stanford.
Le valutazioni condotte su topi con ferite aperte sulla pelle, infettati da Staphylococcus aureus, hanno avuto un successo simile, poiché il calore generato dalle nanoparticelle ha notevolmente superato un altro agente antimicrobico chiamato gentamicina. Qui, i ricercatori hanno anche misurato e notato un aumento della temperatura di 20°C localizzato nel biofilm, senza causare alcun danno apparente ai tessuti circostanti.
Gli autori indicano che con ulteriori test mirano a dimostrare se la strategia può prevenire la carie o accelerare la guarigione.
"Penso che sia importante vedere quanto sia economico, semplice e veloce questo processo. Poiché l'uso degli antibiotici è limitato, abbiamo bisogno di nuovi trattamenti come questo in sostituzione", ha affermato Hajfathalian.
Ulteriori informazioni: Maryam Hajfathalian et al, Le nanoparticelle Theranostic Gold-in-Gold Cage consentono l'ablazione fototermica e l'imaging fotoacustico in modelli di infezione associati a biofilm, Journal of Clinical Investigation (2023). DOI:10.1172/JCI168485
Fornito dal National Institutes of Health
