Un ingrediente común en el protector solar podría ser un recubrimiento antibacteriano efectivo para implantes médicos como marcapasos y articulaciones de reemplazo.
los investigadores de la Universidad de Michigan descubrieron que un recubrimiento de nanopirámides de óxido de zinc puede interrumpir el crecimiento de meticilina resistente Staphylococcus aureus MRSA, que reduce la película en los materiales tratados en más del 95 por ciento. Alrededor de un millón de dispositivos médicos implantados se infectan cada año con MRSA y otras especies bacterianas.
"Es extremadamente difícil tratar estas infecciones", dijo J. Scott VanEpps, profesor clínico e investigador del departamento de medicina de emergencia de la Facultad de Medicina de la UM, cuyo equipo dirigió el estudio biológico.
El tratamiento implica un tratamiento prolongado con antibióticos, que puede conducir a la resistencia a los antibióticos y efectos secundarios tóxicos, o los implantes deben ser reemplazados quirúrgicamente, lo que puede ser bastante extenso para dispositivos como válvulas cardíacas y articulaciones protésicas, dijo VanEpps.
Idealmente, a los médicos les gustaría evitar que las infecciones ocurran en primer lugar. Una opción es cubrir los dispositivos con algo en lo que las bacterias no puedan crecer. Los nuevos resultados, publicados en la revista nanomedicina , sugiera que dicho recubrimiento podría estar hecho de nanopartículas de óxido de zinc, un ingrediente protector solar y crema para el sarpullido que hace que la loción sea más espesa y relativamente opaca.
Si las nanopartículas tienen forma de pirámide con una base en forma de hexágono, son muy efectivas para evitar que una enzima llamada beta-galactosidasa descomponga la lactosa en los azúcares más pequeños, glucosa y galactosa, que las bacterias usan como combustible.
La forma es importante, tanto para la enzima como para las nanopartículas. La enzima necesita poder torcerse para cortar la lactosa en azúcares más pequeños. Dos aminoácidos, o bloques de construcción de proteínas, se sientan uno frente al otro en una ranuraen la enzima. La lactosa encaja en el surco, y los aminoácidos se unen para catalizar la ruptura en glucosa y galactosa.
"Aunque es necesario realizar más estudios, creemos que las nanopirámides de óxido de zinc interfieren con este movimiento de torsión", dijo Nicholas Kotov, profesor de Ingeniería Química Joseph B. y Florence V. Cejka, cuyo grupo fabricó las nanopartículas.
La investigación del equipo sugiere que parte de la nanopartícula, un borde o un punto, se inserta en el surco. Al obstruir solo uno de los cuatro surcos, las nanopartículas pueden apagar toda la enzima evitando la acción de torsión.
Para explorar el concepto de un recubrimiento antibacteriano, el grupo de Kotov cubrió algunas clavijas con las nanopirámides y luego el equipo de VanEpps las colocó en una sustancia que permitiría el crecimiento de bacterias. Evaluaron cuatro especies de bacterias en clavijas recubiertas y no recubiertas: dosespecies estafilocócicas incluido MRSA, una especie que causa neumonía y E. coli .
Después de 24 horas de crecimiento, el número de células estafilocócicas viables recuperadas de las clavijas recubiertas fue un 95 por ciento menor que las de las clavijas no recubiertas. La neumonía y E. coli las especies eran menos susceptibles a las nanopartículas.
"Si bien el recubrimiento no pudo erradicar completamente todas las células estafilocócicas, esta reducción dramática podría permitir que los tratamientos con antibióticos tengan éxito o simplemente permitir que el sistema inmunitario humano tome el control sin la necesidad de antibióticos", dijo VanEpps.
El estafilococo, incluido el MRSA, es particularmente vulnerable a las nanopirámides porque su pared celular es una matriz de proteínas y azúcares. El equipo sospecha que cuando el MRSA intentó colonizar las clavijas, las nanopirámides se unieron a las enzimas que forman la pared celular.Como las enzimas no podían mantener la pared celular, las células se descompusieron.
Si así es como operan las nanopirámides, entonces el recubrimiento no debería ser un problema para las células humanas, cuyos recintos de membrana no tienen las mismas vulnerabilidades. También puede explicar por qué el recubrimiento no es tan efectivo E. coli que no usa sus enzimas de la pared celular en su manga.
Muchos obstáculos se interponen entre el recubrimiento de nanopartículas y el uso clínico en pacientes. Los investigadores deben descubrir cómo dicho recubrimiento afectaría a las células humanas cercanas al implante y explorar cómo las nanopirámides afectan otras enzimas en humanos y bacterias.
"La fuerte actividad antibacteriana contra MRSA y otros patógenos es un hallazgo emocionante", dijo Kotov. "Queremos comprender mejor los mecanismos de la función antibacteriana para ajustar su actividad inhibitoria e identificar las similitudes estructurales entre las enzimas que nanopartículas piramidalespuede inhibir "
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Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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