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Diseñan enzimas sintéticas que eliminan las biopelículas bacterianas resistentes

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El cerio es un elemento químico de símbolo Ce y número atómico 58. Imagen: Wikipedia
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Los Metal–Organic Frameworks (MOF) son estructuras tridimensioinales, compuestos por centros metálicos (por iones o grupos metálicos) coordinados a ligandos orgánicos, que forman estructuras porosa y repetitivas de 1, 2 ó 3D. En otras palabras, son materiales nanoestructurados que, como si de LEGO se tratara, se componen de dos tipos de piezas: átomos metálicos como nodos, unidos por moléculas orgánicas.

Elementos básicos de conformación de un material MOF y los clústeres metálicos y ligandos orgánicos más utilizados para ello. Imagen: naukas.com

Las características que hacen a estos materiales tan atractivos son su porosidad, su estabilidad química, su diversidad estructural y, sobre todo, su área superficial.

La virtudes de estos materiales no se limitan al campo de la adsorción y almacenamiento de gases, sino que han demostrado sobradamente su eficacia en campos tan relevantes como la catálisis heterogénea (no sólo con altas tasas de conversión en reacciones de la industria química sino con la posibilidad de recuperar y reutilizar el catalizador), la conductividad protónica (de gran importancia en la futura generación de baterías y pilas de combustible), la adsorción de contaminantes en agua en pocos minutos, el almacenamiento y transporte de agua (de evidente utilidad en zonas geográficas más áridas), la óptica, la liberación controlada de fármacos (en la que el MOF almacena el fármaco antitumoral y lo liberaría de forma controlada y localizada en el tumor, como alternativa a tratamientos actuales más agresivos), etc.

Ahora, en la Academia China de Ciencias (CAS) de Changchun y de Beijing, los MOFs se han combinado con un compuesto de cerio para crear una nanozima capaz de erradicar las biopelículas bacterianas. Esta nuevo tecnología fue exitosa en las pruebas in vivo y podría ser una alternativa a los antibióticos.

El estudio fue publicado en la revista Biomaterials.

Las biopelículas están formadas por comunidades bacterianas altamente organizadas, unidas por una matriz de compuestos biológicos. Se acumulan en las superficies y encapsulan las células bacterianas, protegiéndolas. Como resultado, las biopelículas hacen que las bacterias sean mucho más difíciles de matar y más peligrosas para los pacientes: aproximadamente el 80% de las infecciones bacterianas humanas involucran biopelículas.

Para combatir las biopelículas, el equipo de la CAS buscó compuestos que pudieran descomponer el ADN extracelular (eDNA), un componente importante de la matriz de la película.

Una opción fue la enzima natural desoxirribonucleasa (DNAsa), que puede hidrolizar el ADN. Sin embargo, es muy caro y tiene problemas de estabilidad fuera de su entorno natural. En su lugar, el equipo recurrió a un complejo de cerio que creían que descompondría el eDNA, ya que investigaciones anteriores han demostrado que los complejos metálicos pueden hidrolizar el ADN y el ARN.

El equipo también esperaba identificar una forma de matar las bacterias en el biofilm sin usar antibióticos. Los investigadores recurrieron a un MOF que demuestra una actividad similar a la peroxidasa en presencia de peróxido de hidrógeno. Este mimetismo enzimático convierte el H2O2 en radicales libres OH, que son altamente antibacterianos.

Los investigadores encontraron que la nanozima basada en MOF-cerio podría erradicar las biopelículas en las superficies estáticas.

También realizaron pruebas in vivo de la nanozima en abscesos subcutáneos en ratones infectados con Staphylococcus aureus y demostraron que podía erradicar todas las colonias.

Fuente: Chemistry World

 

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