Nanosponge trapea la toxina MRSA en el torrente sanguíneo

Científicos de EE. UU. Han desarrollado pequeñas esponjas hechas de nanopartículas disfrazadas de glóbulos rojos que pueden absorber una amplia gama de toxinas peligrosas en la sangre, como las de bacterias como MRSA y E. coli, e incluso el veneno de serpiente y abeja. Sugieren que su tecnología, que hasta ahora se ha demostrado que funciona en ratones, ofrece una nueva forma de eliminar las toxinas causadas por una amplia gama de patógenos.
El equipo, del Departamento de NanoEngineering and Moores Cancer Center de la Universidad de California (UC), San Diego, informa sus hallazgos en la edición en línea del 14 de abril de la revista Nanotecnología de la naturaleza.
La nanoingeniería se ocupa de la manipulación de trozos de material que son muy pequeños, se miden en nanómetros o una milmillonésima parte de un metro (10 menos 9 metros). Tomaría un millón o más partes de material medido en nanómetros para cubrir la cabeza de un alfiler.
En este caso, las "nanoesponjas" que los investigadores desarrollaron tienen un diámetro de aproximadamente 85 nanómetros y están hechas de un núcleo de polímero biocompatible envuelto en segmentos de membranas de glóbulos rojos.
La autora principal, Liangfang Zhang, profesora de nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería UC Jacobs Jacobs, dice en un comunicado de prensa que sus nanoesponjas ofrecen una nueva forma de eliminar las toxinas del torrente sanguíneo:
"En lugar de crear tratamientos específicos para toxinas individuales, estamos desarrollando una plataforma que puede neutralizar las toxinas causadas por una amplia gama de patógenos, incluido MRSA y otras bacterias resistentes a los antibióticos".
Zhang y sus colegas también sugieren que su trabajo podría conducir a tratamientos no específicos de especies para mordeduras de serpientes venenosas y picaduras de abejas. Esto haría más probable que las personas en riesgo y los profesionales que las tratan tengan terapias para salvar vidas disponibles cuando más las necesitan.

Nanosponges destruyen el rango de toxinas que forman poros, por ejemplo, de MRSA

Los nanoesponjas son capaces de destruir "toxinas que forman poros", es decir, agentes que destruyen las células haciendo agujeros en sus membranas.
Ya que pueden absorber diferentes toxinas formadoras de poros, independientemente de su composición molecular, ofrecen una ventaja significativa sobre otras tecnologías antitóxicas que requieren que cada tipo de toxina tenga su propia antitoxina hecha a medida, dice el equipo.
Para el estudio, Zhang y sus colegas probaron qué tan bien sus nanoesponjas trataban con la toxina alfa-hemolisina de MRSA en ratones.
La preinyección de los ratones con nanoesponjas permitió que el 89% de ellos sobreviviera a las dosis letales de la toxina. Darles la inyección después de la dosis letal resultó en un 44% de supervivencia.
El equipo tiene como objetivo desarrollar terapias aprobadas utilizando su enfoque. Una de las primeras aplicaciones que quieren desarrollar es un tratamiento para MRSA, por lo que optaron por estudiar una de las toxinas más virulentas que produce la bacteria resistente a los medicamentos.

Nanosponges cubiertos en membrana de glóbulos rojos

Uno de los primeros tipos de células que las toxinas formadoras de poros atacan una vez que ingresan al organismo son los glóbulos rojos. Cuando un grupo de toxinas perfora la misma célula forma un poro en el que se precipita un flujo incontrolado de iones, como resultado de lo cual la célula muere.
Al estar cubiertos de membrana de glóbulos rojos, los nansponges se parecen a los glóbulos rojos y sirven como señuelos para recolectar las toxinas. Las esponjas absorben las toxinas dañinas, desviándolas de sus objetivos celulares.
Para cubrir las nanoesponjas en las membranas o las pieles de los glóbulos rojos, el equipo primero separó los glóbulos rojos de una pequeña muestra de sangre en una centrífuga y luego los puso en una solución que los hace hincharse y explotar. Esto libera la hemoglobina y deja atrás las pieles de glóbulos rojos.

Luego mezclaron las pieles de glóbulos rojos con las nanoesponjas con forma de bola hasta que se cubrieron con una membrana de glóbulos rojos.
Debido a las escalas involucradas, solo una membrana de células sanguíneas tiene suficiente piel para cubrir muchos miles de nanoesponjas (las esponjas son aproximadamente 3,000 más pequeñas que un glóbulo rojo).

Nanosponges disfrazados de glóbulos rojos que evaden el sistema inmune

Otro beneficio de cubrir las nanoesponjas en las membranas de los glóbulos rojos es que pueden sobrevivir un tiempo en el torrente sanguíneo antes de ser atacadas por el sistema inmune.
En un estudio previo, el equipo ya había demostrado cómo las nanopartículas disfrazados de glóbulos rojos podrían usarse para administrar medicamentos contra el cáncer directamente a los tumores.
En este estudio, los nansponges tuvieron una vida media de 40 horas en el torrente sanguíneo de los ratones. Eventualmente, tanto las nanoesponjas como sus cargas tóxicas capturadas se descompusieron de manera segura en el hígado, sin daño detectable.

Cada Nanosponge acumula una gran cantidad de moléculas tóxicas

Solo una dosis de los nanoesponjas es suficiente para inundar el torrente sanguíneo, superar a los glóbulos rojos e interceptar las toxinas.
Experimentando con las esponjas en tubos de ensayo, el equipo descubrió que cada nanoesponge podía absorber bastantes moléculas de cada toxina, dependiendo de la toxina.
Por ejemplo, un solo nanosponge puede absorber alrededor de 85 moléculas de la toxina alfa-hemolisina que produce MRSA, o 30 toxinas de stretpolisina-O u 850 monomoers de melitina, ambas toxinas en el veneno de abeja.

En ratones, los investigadores encontraron que inyectar nanoesponjas y toxina alfa-hemolisina juntas en una proporción de 1 nanoesponge a cada 70 moléculas de toxina, neutralizaban la toxina y no causaban daños detectables.
El equipo ahora quiere probar las nanoesponjas en ensayos clínicos.
Los fondos de la National Science Foundation, el Instituto Nacional de la Diabetes y las Enfermedades Digestivas y Renales ayudaron a financiar el estudio.
La nanoingeniería es un campo en rápida expansión que está creando materiales con propiedades notablemente variadas y nuevas, y con un enorme potencial en muchos sectores, que abarcan desde la atención sanitaria hasta la construcción y la electrónica.En medicina, la nanotecnología promete revolucionar el suministro de fármacos, la terapia génica, el diagnóstico y muchas áreas de investigación y desarrollo, y como muestra este estudio, la aplicación clínica.
Los científicos también creen que la nanociencia y la nanotecnología podrían ayudar a hacer un mapa de la actividad cerebral para el cerebro, lo que el Proyecto del Genoma Humano hizo para la genética.

Escrito por Catharine Paddock PhD