A resistência aos antibióticos é um problema crescente, especialmente entre um tipo de bactéria classificada como "Gram-negativa". Essas bactérias têm duas membranas celulares, tornando mais difícil para os medicamentos penetrarem e matarem as células.

Pesquisadores do MIT e de outras instituições esperam usar a nanotecnologia para desenvolver tratamentos mais direcionados para esses insetos resistentes a medicamentos. Em um novo estudo, eles relatam que um peptídeo antimicrobiano embalado em uma nanopartícula de silício reduziu drasticamente o número de bactérias nos pulmões de camundongos infectados com Pseudomonas aeruginosa, uma doença que causa bactéria Gram-negativa que pode levar à pneumonia.

Esta abordagem, que também pode ser adaptado para atingir outras infecções bacterianas difíceis de tratar, como a tuberculose, é modelado em uma estratégia que os pesquisadores usaram anteriormente para entregar medicamentos contra o câncer direcionados.

"Existem muitas semelhanças nos desafios de entrega. Na infecção, como no câncer, o nome do jogo é matar algo seletivamente, usando uma droga que tem efeitos colaterais potenciais, "diz Sangeeta Bhatia, o professor John e Dorothy Wilson de Ciências da Saúde e Tecnologia e Engenharia Elétrica e Ciência da Computação e membro do Instituto Koch de Pesquisa Integrativa do Câncer do MIT e do Instituto de Engenharia Médica e Ciência.

Bhatia é a autora sênior do estudo, que aparece no jornal Materiais avançados . O autor principal é Ester Kwon, um cientista pesquisador do Instituto Koch. Outros autores são Matthew Skalak, graduado do MIT e ex-técnico de pesquisa do Koch Institute; Alessandro Bertucci, uma Marie Curie Postdoctoral Fellow na University of California em San Diego; Gary Braun, pós-doutorado no Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute; Francesco Ricci, um professor associado da Universidade de Roma Tor Vergata; Erkki Ruoslahti, professor do Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute; e Michael Sailor, professor da UCSD.

Peptídeos sinérgicos

À medida que as bactérias se tornam cada vez mais resistentes aos antibióticos tradicionais, uma alternativa que alguns pesquisadores estão explorando são os peptídeos antimicrobianos - proteínas de defesa de ocorrência natural que podem matar muitos tipos de bactérias ao interromper os alvos celulares, como membranas e proteínas, ou processos celulares, como a síntese de proteínas.

Alguns anos atrás, Bhatia e seus colegas começaram a investigar a possibilidade de entregar peptídeos antimicrobianos de forma direcionada usando nanopartículas. Eles também decidiram tentar combinar um peptídeo antimicrobiano com outro peptídeo que ajudasse a droga a atravessar as membranas bacterianas. Este conceito foi construído em trabalhos anteriores, sugerindo que esses "peptídeos em tandem" poderiam matar células cancerosas de forma eficaz.

Para o peptídeo antimicrobiano, os pesquisadores escolheram uma toxina bacteriana sintética chamada KLAKAK. Eles anexaram esta toxina a uma variedade de "peptídeos de tráfico, "que interagem com as membranas bacterianas. Dos 25 peptídeos em série testados, o melhor acabou sendo uma combinação de KLAKAK e um peptídeo chamado lactoferrina, que foi 30 vezes mais eficaz em matar Pseudomonas aeruginosa do que os péptidos individuais sozinhos. Ele também teve efeitos tóxicos mínimos nas células humanas.

Para minimizar ainda mais os efeitos colaterais potenciais, os pesquisadores embalaram os peptídeos em nanopartículas de silício, que evitam que os peptídeos sejam liberados muito cedo e danifiquem os tecidos durante o trajeto até seus alvos. Para este estudo, os pesquisadores entregaram as partículas diretamente na traqueia, mas para uso humano, eles planejam criar uma versão que possa ser inalada.

Depois que as nanopartículas foram entregues a camundongos com uma infecção bacteriana agressiva, esses ratos tinham cerca de um milionésimo do número de bactérias em seus pulmões do que os ratos não tratados, e eles sobreviveram por mais tempo. Os pesquisadores também descobriram que os peptídeos podem matar cepas de Pseudomonas resistentes a medicamentos retiradas de pacientes e cultivadas em laboratório.

Adaptando conceitos

As doenças infecciosas são uma área de pesquisa relativamente nova para o laboratório de Bhatia, que passou a maior parte dos últimos 17 anos desenvolvendo nanomateriais para tratar o câncer. Alguns anos atrás, ela começou a trabalhar em um projeto financiado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) para desenvolver tratamentos direcionados para infecções do cérebro, que deu origem ao novo projeto de infecção pulmonar.

"Adaptamos muitos dos mesmos conceitos de nosso trabalho com o câncer, incluindo o aumento da concentração local da carga e, em seguida, fazer a carga interagir seletivamente com o alvo, que agora é uma bactéria em vez de um tumor, "Bhatia diz.

Ela agora está trabalhando na incorporação de outro peptídeo que ajudaria a direcionar os peptídeos antimicrobianos para o local correto no corpo. Um projeto relacionado envolve o uso de peptídeos de tráfico para ajudar os antibióticos existentes que matam as bactérias Gram-positivas para atravessar a membrana dupla das bactérias Gram-negativas, permitindo-lhes matar essas bactérias também.