Nanopartículas de ouro revestidas de açúcar podem eliminar rapidamente infecções bacterianas, sem necessidade de antibióticos
Os pesquisadores conseguiram visualizar biofilmes em dentes tratados com nanopartículas de ouro revestidas de dextrana usando imagens fotoacústicas. Crédito:Jornal de Investigação Clínica (2023). DOI:10.1172/JCI168485 Se deixadas por conta própria, as bactérias em nossos dentes ou na pele ferida podem se envolver em uma estrutura viscosa, transformando-se no que é chamado de biofilme. Estas bactérias causam estragos nos nossos tecidos e, sendo protegidas da medicação antibiótica pelo lodo, são difíceis de desalojar. Uma nova estratégia pode oferecer uma maneira simples de quebrar a sujeira e destruir as bactérias.
Pesquisadores da Universidade da Pensilvânia e da Universidade de Stanford desenvolveram nanopartículas de ouro revestidas de açúcar que usaram para criar imagens e destruir biofilmes. Em um estudo publicado no Journal of Clinical Investigation , os autores demonstraram o potencial diagnóstico e terapêutico das nanopartículas nos dentes e na pele ferida de ratos e camundongos, eliminando os biofilmes em apenas um minuto e superando os antimicrobianos comuns.
“Com esta plataforma, é possível eliminar biofilmes sem desbridar cirurgicamente as infecções, o que pode ser necessário ao usar antibióticos. Além disso, este método pode tratar pacientes se eles forem alérgicos a antibióticos ou estiverem infectados por cepas resistentes a medicamentos”, disse Luisa Russell. , Ph.D., diretor de programa da Divisão de Ciência e Tecnologia de Descoberta do NIBIB. “O fato de este método não conter antibióticos é um grande ponto forte”.
Os biofilmes orais, também conhecidos como placas, formados por bactérias como o Streptococcus mutans podem causar cáries dentárias significativas. As infecções de feridas, comumente causadas pela bactéria Staphylococcus, podem atrasar bastante o processo de cicatrização. Em ambos os casos, a rede densamente compactada de proteínas e carboidratos dentro dos biofilmes pode impedir que os antibióticos atinjam os micróbios em toda a área afetada.
Mas essa não é a extensão do problema colocado pelos biofilmes. Eles não são apenas difíceis de remover, mas também difíceis de discernir.
Esta nova pesquisa identificou uma solução para resolver ambos os problemas com uma pedra:o ouro.
O ouro não é tóxico e converte prontamente a energia das fontes de luz em calor, tornando-o um excelente candidato para a terapia fototérmica, uma estratégia que utiliza o calor das nanopartículas para matar patógenos próximos. Além de gerar calor, as nanopartículas emitem ondas ultrassônicas detectáveis em resposta à luz, o que significa que as partículas de ouro podem ser visualizadas por meio de uma técnica chamada imagem fotoacústica.
No novo estudo, os autores encapsularam esferas de ouro dentro de nanopartículas maiores em forma de gaiola dourada para otimizar sua resposta à luz, tanto para fins terapêuticos quanto de imagem. Para tornar as partículas atraentes para as bactérias, eles as revestiram com dextrano, um carboidrato que é um componente comum dos biofilmes.
No estudo, nanopartículas de ouro aplicadas em dentes infectados e feridas na pele são aquecidas com lasers infravermelhos próximos para destruir biofilmes. Crédito:Hajfathalian, et al.
Os pesquisadores avaliaram sua estratégia aplicando nanopartículas de ouro sobre dentes infectados por S. mutans provenientes de mandíbulas de ratos ex vivo.
Num teste de imagem fotoacústica nos dentes, as nanopartículas emitiram sinais altos e claros, permitindo à equipe ver precisamente onde os biofilmes haviam absorvido as partículas revestidas de dextrana nos dentes.
Depois, para avaliar o efeito terapêutico das partículas, irradiaram os dentes com laser. Para efeito de comparação, eles trataram outras amostras de dentes infectados com o anti-séptico tópico clorexidina.
A equipe observou um forte contraste nos resultados dos dois tratamentos, com a terapia fototérmica sendo quase 100% eficaz na eliminação de biofilmes, enquanto a clorexidina não diminuiu significativamente a viabilidade das bactérias.
"O método de tratamento é especialmente rápido para a infecção oral. Aplicamos o laser por um minuto, mas na verdade em cerca de 30 segundos estamos matando basicamente todas as bactérias", disse a primeira autora do estudo, Maryam Hajfathalian, Ph.D., pesquisadora. professor de engenharia biomédica do Instituto de Tecnologia de Nova Jersey, que conduziu este estudo enquanto pesquisador de pós-doutorado na Universidade da Pensilvânia e na Universidade de Stanford.
Avaliações realizadas em camundongos com feridas abertas na pele, infectados com Staphylococcus aureus, tiveram sucesso semelhante, já que o calor gerado pelas nanopartículas superou em muito outro agente antimicrobiano chamado gentamicina. Aqui, os investigadores também mediram e notaram um aumento de temperatura de 20°C localizado no biofilme, não causando qualquer dano aparente ao tecido circundante.
Os autores indicam que com mais testes pretendem mostrar se a estratégia pode prevenir cáries ou acelerar a cicatrização.
"Penso que é importante ver quão barato, simples e rápido é este processo. Como estamos limitados no uso de antibióticos, precisamos de novos tratamentos como este como substituto", disse Hajfathalian.
