Nanoagentes activados por ultrasonido eliminan superbacterias ocultas en biopelículas

Estas capas microbianas densas y protectoras protegen a las bacterias de los antibióticos y del sistema inmunitario, lo que a menudo provoca infecciones persistentes en heridas, implantes y dispositivos médicos.

La terapia antibiótica convencional suele requerir altas dosis sistémicas, lo que aumenta el riesgo de efectos secundarios y resistencia a los antibióticos. Ahora, investigadores han desarrollado nanoagentes activados por ultrasonido que administran antibióticos directamente dentro de las biopelículas y liberan el fármaco solo cuando se activan mediante ultrasonido.

Investigadores de la Universidad de Birmingham (Birmingham, Reino Unido), en colaboración con la Universidad Nottingham Trent (Nottingham, Reino Unido), han desarrollado nanopartículas de sílice con un núcleo interno que repele el agua para almacenar el antibiótico rifampicina y una capa externa hidrofílica que mantiene las partículas estables en entornos biológicos.

El ultrasonido de baja frecuencia activa los nanoagentes, generando diminutas burbujas que liberan el antibiótico con precisión en el sitio de la infección. El ultrasonido también ayuda a que las partículas penetren profundamente en las biopelículas bacterianas.

Los experimentos mostraron que el ultrasonido mejoró drásticamente la eficacia de la terapia con nanopartículas. Las biopelículas de Staphylococcus aureus tratadas con nanopartículas activadas por ultrasonido experimentaron una reducción del 90% en el crecimiento bacteriano. En contraste, las nanopartículas sin ultrasonido redujeron la biopelícula solo en un 20%, mientras que la rifampicina libre combinada con ultrasonido logró apenas una reducción del 10%.

El estudio, publicado en JACS Au, también demostró una mejor penetración: las nanopartículas alcanzaron aproximadamente 5,6 micrómetros de profundidad en la biopelícula con ultrasonido, en comparación con solo 1,6 micrómetros sin él. Las partículas marcadas con fluorescencia confirmaron que el antibiótico se administró localmente en toda la estructura de la biopelícula.

El sistema de administración dirigida podría permitir dosis más bajas de antibióticos, a la vez que mejora los resultados del tratamiento de infecciones persistentes por biopelícula. Dado que los nanoagentes liberan fármacos solo al activarse, podrían ayudar a reducir la toxicidad sistémica y limitar el desarrollo de resistencia a los antibióticos.

Los investigadores sugieren que este enfoque podría adaptarse a otros fármacos de difícil administración, como terapias contra el cáncer o infecciones relacionadas con implantes. Se requieren más estudios para evaluar las aplicaciones clínicas y la seguridad en sistemas vivos.

“Las partículas son biocompatibles y mostraron baja toxicidad para las células epiteliales humanas, lo que sugiere un gran potencial para su uso médico en el futuro”, afirmó la profesora Zoe Pikramenou. “Hemos descubierto una nueva forma de administrar antibióticos difíciles de administrar con mayor eficacia, utilizando un enfoque que podría adaptarse a otros fármacos de difícil administración, incluyendo potencialmente terapias contra el cáncer”.

"Las infecciones por biopelícula son comunes en heridas, implantes y dispositivos médicos, pero difíciles de tratar. Este enfoque permite tratar zonas de difícil acceso", añadió la profesora asociada Dra. Sarah Kuehne.

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Universidad de Birmingham
Universidad de Nottingham Trent