Vengono progettati strumenti più piccoli di un capello umano per sradicare i batteri resistenti agli antibiotici e combattere il cancro.
La dottoressa Ana Santos si commuove quando descrive ciò che accadde diversi anni fa:suo nonno e uno zio morirono di infezioni del tratto urinario e un buon amico morì dopo che un taglio accidentale si infettò.
Era scioccata. Nell'era degli antibiotici, tali disgrazie non avrebbero dovuto accadere.
"I miei familiari stavano morendo di infezioni", ha detto Santos, microbiologo presso l'Istituto di ricerca sanitaria delle Isole Baleari, o IdISBa, in Spagna. "Ho iniziato a rendermi conto che stiamo tornando indietro nel tempo:i nostri antibiotici non sono più efficaci."
Questa è una sfida globale. Secondo The Lancet, nel 2019 quasi 5 milioni di decessi in tutto il mondo sono stati collegati a batteri resistenti agli antibiotici diario medico.
Sei tipi di batteri resistenti causano i danni maggiori. L'Organizzazione Mondiale della Sanità ha avvertito che le malattie resistenti ai farmaci potrebbero causare direttamente 10 milioni di morti entro il 2050.
Santos ha preso parte alla lotta per scongiurare numeri così allarmanti:ha guidato un progetto di ricerca che ha ricevuto finanziamenti dall’UE per sviluppare macchine microscopiche in grado di uccidere i batteri resistenti. Chiamato REBELLION, il progetto è durato 39 mesi fino all'aprile 2023.
"Mi sono imbattuto in questo concetto di macchine molecolari che perforano le cellule", ha detto Santos. "Dobbiamo iniziare a pensare fuori dagli schemi."
Alexander Fleming, un medico scozzese, nel 1928 scoprì il primo vero antibiotico, la penicillina, prodotto da un tipo di muffa. Successivamente furono scoperti altri antibiotici, spesso prodotti dai microbi del suolo, che salvarono milioni di vite.
Ma in quella che di fatto è stata una corsa agli armamenti, i microrganismi hanno sviluppato varie difese per sopravvivere agli antibiotici.
Quando i suoi due parenti e un amico persero la vita a causa di infezioni, Santos stava studiando come i batteri vivono e muoiono in condizioni di fame. Ha quindi deciso di cambiare il focus della sua ricerca.
"Mi sentivo frustrato perché vedevo questo problema urgente e non stavo facendo nulla al riguardo", ha detto Santos. "Sempre più persone muoiono di infezioni resistenti agli antibiotici."
Ha cercato ricercatori in questo settore per dare una mano e ha collaborato con un gruppo in Spagna per testare come minuscole macchine molecolari infilzano i batteri. Le macchine sono costituite da due parti di una molecola legate da un legame chimico; quando la luce colpisce, la parte superiore inizia a girare rapidamente come un trapano.
Gli antibiotici spesso si attaccano a una specifica proteina batterica, proprio come una chiave si inserisce in una serratura. Il problema è che i batteri possono subire un cambiamento fisico tale che la chiave non entra più nella serratura. Gli antibiotici vengono lasciati fuori.
L'idea alla base delle nanomacchine è che i batteri sarebbero più difficili da eludere.
Santos ha portato avanti queste macchine ammazza-insetti come parte di REBELLION.
Le loro due parti sono più piccole di 100 nanometri, quindi un millesimo della larghezza di un capello umano, rendendoli di fatto dei pesciolini insieme a batteri più grandi.
Santos ha rilasciato molti milioni delle sue nanomacchine in gruppi di batteri nel suo laboratorio. Le macchine si legavano ai batteri e, una volta esposte alla luce, cominciavano a ruotare e a perforarli.
Santos era esultante per ciò che osservava attraverso il suo microscopio:cellule batteriche crivellate di minuscoli fori.
Ulteriori esperimenti hanno dimostrato che i minuscoli trapani possono uccidere una serie di ceppi che comunemente infettano le persone.
Poi ha provato qualcos'altro:meno macchine contro lo Staphylococcus aureus resistente alla meticillina, o MRSA, un noto superbatterio particolarmente mortale negli ospedali. Avere una minore concentrazione di macchine ridurrebbe il rischio di danni alle cellule umane.
Gli strumenti hanno perforato l'MRSA con abbastanza fori da renderlo nuovamente vulnerabile agli antibiotici.
"È molto difficile per i batteri sviluppare resistenza a questa azione", ha detto Santos. "È come sganciare loro delle bombe."
Per utilizzare questa nuova arma contro i batteri resistenti, i ricercatori dovranno garantire che le nanomacchine siano sicure da usare sui pazienti. Ciò significa essere sicuri che ad essere presi di mira siano i batteri e non le cellule umane.
Uno dei primi motivi di ottimismo è che le nanomacchine sono dotate di carica positiva. Di conseguenza, preferiscono attaccarsi ai batteri con carica negativa piuttosto che alle cellule umane, che sono più neutre.
Negli esperimenti di Santos le nanomacchine iniettate al loro interno non hanno causato alcun danno ai vermi. Desiderosa di avvicinare questa strategia ai pazienti, si sta preparando per il passo successivo:test di sicurezza sui topi.
In caso di successo, i primi pazienti trattati potrebbero essere quelli con ferite infette, in particolare persone con gravi ustioni, che sono soggette a infezioni.
Le nanomacchine potrebbero essere posizionate sulla pelle e accese dalla luce per perforare i batteri che infettano la ferita.
Le nanomacchine hanno una storia sotto i riflettori.
Il professor Ben Feringa dell'Università di Groningen, nei Paesi Bassi, ha vinto il Premio Nobel per la chimica nel 2016 per le nanomacchine con motori molecolari che potrebbero essere accesi dalla luce ultravioletta.
Le molecole cambiano forma quando colpite dalla luce e, di conseguenza, possono essere utilizzate come interruttori o grilletti. Feringa ha persino costruito una nanoauto composta da una singola molecola in grado di muoversi lungo una superficie di rame.
Aiuta a supervisionare un progetto di ricerca finanziato dall'UE che sta formando scienziati all'inizio della carriera nelle macchine molecolari. Denominato BIOMOLMACS, il progetto durerà quattro anni e mezzo fino a giugno 2024.
Anche se devono ancora raggiungere gli ospedali, le nanomacchine hanno il potenziale per curare i malati di cancro in modi che entusiasmano scienziati e medici. Gli odierni farmaci antitumorali causano spesso effetti collaterali come perdita di capelli, nausea, affaticamento o debolezza del sistema immunitario. Questo perché i farmaci possono mutilare le cellule circostanti sane.
Uno scenario futuro potrebbe coinvolgere nanomacchine che somministrano farmaci che uccidono le cellule proprio sul cancro di un paziente, magari scavando all'interno di qualsiasi tumore.
La professoressa Maria Vicent presso la Fondazione per la ricerca biomedica di Valencia in Spagna è una supervisore di BIOMOLMACS che progetta minuscoli trasportatori per somministrare farmaci alle cellule del cancro al seno.
Un altro supervisore è il professor Jan van Hest dell'Università tecnologica di Eindhoven nei Paesi Bassi. Costruisce materiali che possono essere utilizzati per trasportare vaccini o nanomedicinali all'interno delle cellule, comprese quelle tumorali.
Van Hest, Vicent e Feringa hanno altri importanti ricercatori provenienti da altre parti d'Europa che contribuiscono con la propria esperienza.
Il professor Remzi Becer dell'Università di Warwick nel Regno Unito sta creando nanoparticelle polimeriche per fornire future terapie genetiche in posizioni precise all'interno dei pazienti. Le particelle sono spesso zuccheri rivestiti perché sono in grado di agire come una chiave per aprire le cellule del corpo.
"Questi zuccheri sintetici possono interagire con le membrane cellulari e possono fornire alla particella una chiave per aprire la porta e inserire un gene all'interno della cellula", ha affermato Becer, che sta facendo da mentore a due scienziati all'inizio della carriera e coordina l'intero progetto con 15 dottorandi. /P>
Sempre nel Regno Unito, il professor Robin Shattock dell’Imperial College di Londra lavora su nanoparticelle lipidiche, minuscole sfere fatte di grassi che possono penetrare in sicurezza all’interno delle cellule. Le nanoparticelle lipidiche sono state la vera svolta necessaria per i vaccini contro il COVID-19.
Gli studenti di questi ricercatori europei di alto livello possono far parte di una nuova ondata di medicina.
"Il prossimo grande cambiamento per l'industria farmaceutica sarà quello di addestrare i nostri geni a prevenire il cancro o a combatterlo", ha affermato Becer.
Ha affermato che BIOMOLMACS può preparare gli scienziati a carriere presso alcune aziende che sviluppano nanomacchine per fornire tali terapie biologiche a organi specifici.
Nel frattempo, Santos di REBELLION spera che anche il suo lavoro possa fare la differenza per i malati di cancro, i cui trattamenti possono renderli vulnerabili alle infezioni batteriche.
"La mia buona amica aveva sconfitto il cancro ma poi è morta a causa di un'infezione", ha detto. "Ricordo quando il medico disse:"i batteri sono resistenti a tutto, non possiamo fare nulla".'
Il suo obiettivo è evitare che i medici debbano mai pronunciare frasi del genere.
Ulteriori informazioni:
Informazioni sul giornale: The Lancet
Fornito da Horizon:Rivista dell'UE per la ricerca e l'innovazione
