Cosa succederebbe se potessimo brandire una spada laser contro gli invasori microscopici, non in una galassia lontana lontana, ma nel nostro stesso corpo?
Gli scienziati hanno sviluppato una tecnica che utilizza nanoparticelle d’oro riscaldate al laser per visualizzare e distruggere biofilm batterici. Questo approccio, testato su denti e ferite cutanee di roditori, potrebbe un giorno potenzialmente sostituire gli antibiotici e trattare i superbatteri resistenti ai farmaci.
Nuova terapia combatte i batteri senza antibiotici
I ricercatori dell’Università della Pennsylvania e della Stanford University hanno sviluppato una tecnica innovativa che utilizza nanoparticelle d’oro ricoperte di zucchero. Quando riscaldate da laser a infrarossi, queste nanoparticelle possono sia mostrare che distruggere biofilm su denti infetti e ferite cutanee di ratti e topi.
I biofilm sono gruppi di minuscole entità viventi che aderiscono alle superfici. Queste superfici possono essere non viventi, come le rocce in un torrente, o parti di animali, come la pelle o il rivestimento intestinale.
Lo studio, pubblicato sul The Journal of Clinical Investigation, ha dimostrato il potenziale diagnostico e terapeutico di queste nanoparticelle a duplice scopo nell’eliminare batteri e virus radicati. «Abbiamo sviluppato una tecnica di trattamento delle infezioni altamente innovativa e clinicamente traducibile», ha dichiarato Maryam Hajfathalian, dottoressa in ingegneria meccanica e autrice principale dello studio. È un «metodo rapido e senza farmaci per l’imaging e il trattamento delle infezioni di ferite e pelle».
Si tratta di una nuova modalità di pulizia dei denti e delle ferite che utilizza minuscole particelle d’oro e luce: «Questa è la prima volta che abbiamo utilizzato nanoparticelle d’oro ingegnerizzate per eradicare i biofilm orali utilizzando la terapia fototermica».
Secondo la signora Hajfathalian, queste particelle agiscono rapidamente, uccidendo i batteri dannosi in meno di un minuto senza antibiotici a largo spettro.
Poiché funzionano così bene, gli scienziati potrebbero essere in grado di creare nuovi prodotti come speciali collutori, strisce adesive o bendaggi che utilizzano la luce per pulire le ferite.
La ricerca ha ricevuto sostegno da diverse branche dei National Institutes of Health (Nih), inclusi il National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (Nibib).
«Con questa piattaforma, puoi distruggere i biofilm senza dover rimuovere chirurgicamente le infezioni, il che può essere necessario quando si usano antibiotici», ha dichiarato Luisa Russell, dottoressa in scienza dei materiali e ingegneria e direttrice del programma nella Division of Discovery Science & Technology del Nibib, in un comunicato stampa.
Il metodo potrebbe essere utile per le persone che non possono assumere farmaci standard. Funziona anche per coloro che sono allergici agli antibiotici o hanno infezioni che non rispondono ai trattamenti tipici. «Il fatto che questo metodo sia privo di antibiotici è un grande punto di forza», ha affermato la signora Russell.
La terapia fototermica è risultata quasi al 100% efficace nell’uccidere i biofilm. «Il metodo di trattamento è particolarmente rapido per l’infezione orale,» ha detto la signora Hajfathalian. «Abbiamo applicato il laser per un minuto, ma realmente, in circa 30 secondi, abbiamo ucciso praticamente tutti i batteri».
I ricercatori hanno notato che sperano che ulteriori test dimostrino se questa strategia può prevenire le carie e accelerare la guarigione.
Cosa c’è nel trattamento basato sulla luce?
Per capire come funziona questo trattamento basato sulla luce, è necessario prima comprendere i biofilm.
Biofilm
I biofilm sono comunità di microrganismi che aderiscono alle superfici in ambienti umidi e si riproducono. Si formano quando i batteri secernono una sostanza viscida simile alla colla, creando strutture come la placca dentale, la melma nella doccia o rivestimenti su rocce e persino sui corpi umani.
Secondo la Microbiology Society, i biofilm possono comprendere singole o multiple specie di microbi, inclusi batteri e funghi. Queste strutture migliorano la sopravvivenza microbica fornendo supporto e protezione contro minacce come antimicrobici e risposte immunitarie.
Le infezioni da biofilm rappresentano fino all’80% di tutte le infezioni negli esseri umani e negli animali, e spesso ritardano la guarigione delle ferite. Possono causare vari problemi, dalla malattia parodontale alle infezioni del tratto urinario, e possono persino attaccarsi ai dispositivi medici, inclusi pacemaker e lenti a contatto.
Secondo la Microbiology Society, i batteri nei biofilm possono essere 1.000 volte più resistenti agli antibiotici rispetto ai batteri liberi, il che li rende una causa principale di fallimento del trattamento.
La densa rete di proteine e carboidrati nei biofilm può impedire agli antibiotici di raggiungere i microbi, secondo la signora Hajfathalian. «I biofilm sono difficili da trattare con le terapie cliniche esistenti a causa della resistenza antimicrobica. Gli studi indicano che le infezioni da biofilm, una volta stabilite, non possono essere trattate con i soli antibiotici nella maggior parte dei casi. Pertanto, esiste un bisogno critico di diagnosticare e trattare efficacemente le infezioni da biofilm».
Nanoparticelle di metalli nobili
Invisibili a occhio nudo, le nanoparticelle misurano tra 1 e 100 nanometri. Le nanoparticelle d’oro assorbono la luce nelle regioni visibile e vicino all’infrarosso. I laser a infrarossi emettono radiazioni che non danneggiano i tessuti e possono promuovere la rigenerazione cellulare e migliorare la circolazione sanguigna, il che favorisce una guarigione più rapida.
Le nanoparticelle di metalli nobili sono particelle microscopiche fatte di metalli nobili, metalli resistenti alla corrosione e all’ossidazione in aria umida. I metalli nobili più comuni sono oro, argento e platino. Le potenziali applicazioni includono il rilascio di farmaci e l’ablazione termica, che utilizza il calore per rimuovere tessuti corporei indesiderati.
In un articolo di revisione pubblicato su Frontiers in Chemistry, i ricercatori della Malesia, dell’India e dell’Arabia Saudita notano che le nanoparticelle di metalli nobili sono utilizzate come agenti antimicrobici grazie alla loro stabilità e biocompatibilità. La loro piccola dimensione e l’alto rapporto superficie-volume permettono loro di penetrare efficacemente nelle membrane batteriche: «Le nanoparticelle a base di metallo sembrano avere un ruolo dominante nel ventunesimo secolo a causa del loro ruolo vitale nella nanomedicina e in altre applicazioni biologiche», hanno scritto gli autori. «Le nanoparticelle possono essere fabbricate utilizzando vari modi sintentici ed efficacemente utilizzate in varie applicazioni nanomediche e biologiche».
Le nanoparticelle d’oro, che sono non tossiche, sono promettenti per la terapia fototermica perché convertono l’energia luminosa in calore per uccidere i patogeni, secondo gli autori del nuovo studio. Emettono anche onde ultrasoniche in risposta alla luce, permettendo la fotoacustica (un metodo non invasivo per ottenere immagini dettagliate dell’interno del corpo usando la luce).
Una nuova frontiera in medicina?
Gli scienziati potrebbero essere all’inizio di una nuova frontiera nel trattamento delle infezioni che potrebbe rivaleggiare la scoperta degli antibiotici. «Come scienziati, il nostro obiettivo è esplorare approcci innovativi per combattere le malattie infettive», ha affermato la signora Hajfathalian. «Siamo entusiasti delle prospettive e attendiamo con ansia di avanzare la nostra ricerca attraverso studi su animali e sperimentazioni cliniche».
Oltre al suo lavoro sulle nanoparticelle per la terapia fototermica, lei e i suoi colleghi stanno investigando trattamenti alternativi per ridurre la dipendenza dagli antibiotici, inclusa la terapia fagica. Questo trattamento utilizza dei batteriofagi: virus che selettivamente mirano e uccidono specifici batteri.
Nel suo articolo di revisione pubblicato su Wires Nanomedicine and Nanobiotechnology, la signora Hajfathalian ha riportato che strutture complesse di nano metalli mostrano promesse per trattamenti personalizzati. Sebbene l’approvazione della Food and Drug Administration (Fda) degli Stati Uniti per le sperimentazioni cliniche sia in attesa, i risultati preliminari indicano che queste nanostrutture hanno un’elevata capacità di targeting, biocompatibilità e stabilità, il che le rende promettenti per l’imaging clinico e il trattamento nel mondo reale.
La ricerca futura indagherà l’efficacia delle nanoparticelle contro le infezioni da biofilm in cateteri, valvole cardiache, polmoni e articolazioni protesiche.
Non è oro tutto ciò che luccica
Mansoor Amiji, che ha un dottorato in scienze farmaceutiche ed è professore di spicco alla Northeastern University di Boston, avverte di potenziali problemi con l’uso interno delle nanoparticelle di metalli.
Sebbene efficaci per le infezioni superficiali, ci sono preoccupazioni sulla sicurezza delle particelle d’oro che entrano nel corpo. «Cosa accade a quell’oro una volta che è dentro? Ci sono potenziali tossicità associate all’accumulo all’interno del corpo?» ha spiegato a Epoch Times.
Il dottor Amiji ha fatto notare che la terapia fototermica non è nuova ed è stata applicata a tumori accessibili, sottolineando la necessità di ulteriori studi sulla sicurezza e sull’efficacia a largo spettro delle nanoparticelle di metalli contro vari organismi. «C’è un’urgenza nel creare antibiotici migliori così come questi agenti non antibiotici che possiamo potenzialmente utilizzare per le infezioni. Amiji aggiunge che non prevede necessariamente che le nanoparticelle sostituiranno gli antibiotici, ma che potrebbero permettere agli scienziati di «ampliare la rete» nella ricerca di agenti non antibiotici per curare le malattie.
Versione in inglese: Scientists Harness Gold Nanoparticles to Fight Infection Without Antibiotics
