Um novo estudo sugere que superfícies ásperas inspiradas nas pontas que matam bactérias nas asas dos insetos podem ser mais eficazes no combate a superbactérias resistentes a medicamentos, incluindo fungos, do que se pensava anteriormente.



As taxas crescentes de infecções resistentes aos medicamentos preocupam os especialistas em saúde em todo o mundo.

Para evitar infeções à volta dos implantes – como ancas de titânio ou próteses dentárias – os médicos utilizam uma variedade de revestimentos antimicrobianos, produtos químicos e antibióticos, mas estes não conseguem impedir as estirpes resistentes aos antibióticos e podem até aumentar a resistência.

Para enfrentar esses desafios, os cientistas da Universidade RMIT projetaram um padrão de pontas em microescala que podem ser gravadas em implantes de titânio ou outras superfícies para fornecer proteção eficaz e livre de medicamentos contra bactérias e fungos.

O estudo da equipe publicado em Advanced Materials Interfaces testaram a eficácia da superfície alterada de titânio na eliminação de Candida multirresistente – um fungo potencialmente mortal responsável por uma em cada 10 infecções de dispositivos médicos adquiridas em hospitais.

As pontas especialmente projetadas, cada uma com altura semelhante à de uma célula bacteriana, destruíram cerca de metade das células logo após o contato.

Significativamente, a outra metade não destruída imediatamente tornou-se inviável devido aos ferimentos sofridos, incapaz de se reproduzir ou causar infecção.

O pesquisador principal de pós-doutorado, Dr. Denver Linklater, disse que a análise metabólica da atividade proteica revelou que tanto as células do fungo Candida albicans quanto as células resistentes a múltiplas drogas do fungo Candida auris, feridas na superfície, estavam praticamente mortas.

“As células de Candida que foram feridas sofreram extenso estresse metabólico, impedindo o processo de reprodução para criar um biofilme fúngico mortal, mesmo depois de sete dias”, disse Linklater, da Escola de Ciências da RMIT. “Eles não puderam ser revividos em um ambiente sem estresse e eventualmente foram desligados em um processo conhecido como apoptose, ou morte celular programada”.

A eficácia da superfície contra bactérias patogênicas comuns, incluindo o estafilococo dourado, foi demonstrada em um estudo anterior publicado na Materialia .

A líder do grupo, a ilustre professora Elena Ivanova, disse que as últimas descobertas lançam luz sobre o design de superfícies antifúngicas para prevenir a formação de biofilme por leveduras perigosas e multirresistentes.

“O facto de as células terem morrido após o contacto inicial com a superfície – algumas por ruptura e outras por morte celular programada pouco depois – sugere que a resistência a estas superfícies não será desenvolvida”, disse ela. “Esta é uma descoberta significativa e também sugere que a forma como medimos a eficácia das superfícies antimicrobianas pode precisar de ser repensada”.

Avanços foram feitos na última década no projeto de superfícies que matam superbactérias por contato. No entanto, encontrar os tipos certos de padrões de superfície para eliminar 100% dos micróbios, de forma que alguns não sobrevivam e se tornem resistentes, é um desafio constante.

“Este último estudo sugere que pode não ser totalmente necessário que todas as superfícies eliminem todos os patógenos imediatamente após o contato, se pudermos mostrar que as superfícies estão causando a morte celular programada nas células sobreviventes, o que significa que elas morrem independentemente”, disse ela.

O Grupo de Pesquisa de Materiais Mecanobiocidas Multifuncionais da RMIT lidera o mundo há mais de uma década no desenvolvimento de superfícies antimicrobianas inspiradas nos nanopilares que cobrem as asas de libélula e cigarra. A própria Ivanova foi uma das primeiras a observar como, quando as bactérias se instalam na asa de um inseto, o padrão de nanopilares separa as células, rompendo fatalmente as membranas.

“É como esticar uma luva de látex”, disse Ivanova. “À medida que se estica lentamente, o ponto mais fraco do látex fica mais fino e eventualmente rasga”.

Sua equipe passou a última década replicando os nanopilares desses insetos em seus próprios nanopadrões, com este último avanço alcançado usando uma técnica chamada gravação de plasma para criar o padrão antibacteriano e antifúngico em titânio.

Ivanova disse que a técnica de gravação relativamente simples poderia ser otimizada e aplicada a uma ampla gama de materiais e aplicações.

“Essa nova técnica de modificação de superfície pode ter aplicações potenciais em dispositivos médicos, mas também pode ser facilmente ajustada para aplicações odontológicas ou para outros materiais, como bancadas de aço inoxidável usadas na produção de alimentos e na agricultura”, disse ela.

Autor principal do estudo e Ph.D. candidato da RMIT e do Centro de Pesquisa ARC para Fabricação de Aço Australiana, Phuc Le, disse que trabalhar em estreita colaboração com o parceiro da indústria BlueScope Steel ajudou a concentrar esforços em soluções práticas para a indústria.

“Colaborar com parceiros industriais tem sido um aspecto transformador da minha jornada de doutorado”, disse ele. "Seus insights em primeira mão como fabricantes forneceram clareza sobre os desafios que seus produtos enfrentam e me abriram portas para pesquisar e desenvolver soluções práticas. Embora nossos estudos estejam nos estágios preliminares, as perspectivas de otimização de produtos são promissoras."

Mais informações: Phuc H. Le et al, Apoptose de espécies de Candida resistentes a múltiplas drogas em superfícies microestruturadas de titânio, Interfaces de materiais avançados (2023). DOI:10.1002/admi.202300314
Fornecido pela Universidade RMIT