Em artigo na Scientific Reports, grupo do CNPEM mostra que recobrir com ampicilina torna partículas de prata e sílica seguras para células humanas e mortais para microrganismos resistentes
Uma nova estratégia para combater bactérias resistentes a antibióticos foi descrita por pesquisadores brasileiros na revista Scientific Reports, do grupo Nature.
O método consiste em revestir nanopartículas feitas de prata e sílica – potencialmente tóxicas para os microrganismos e também para as células humanas – com uma camada de antibiótico. Desse modo, por afinidade química, o nanofármaco age apenas sobre os patógenos, tornando-se inerte ao organismo.
“Nós usamos o antibiótico como uma espécie de isca e, assim, conseguimos levar a nanopartícula até a bactéria com uma grande quantidade do fármaco. A ação combinada da droga com os íons de prata foi capaz de matar até mesmo microrganismos resistentes”, contou Mateus Borba Cardoso, pesquisador do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM).
Apoiado pela Fapesp, o trabalho integra uma linha de pesquisa cujo objetivo é desenvolver sistemas para tornar seletiva a ação de nanopartículas.
Em artigos anteriores, o grupo mostrou que a estratégia pode ser viável para o tratamento do câncer, levando o quimioterápico às células tumorais e poupando as sadias (agencia.fapesp.br/23210). Pode também ser experimentada na inativação do vírus HIV, causador da Aids, em bolsa de sangue para transfusão, por exemplo (agencia.fapesp.br/23779).
“Há medicamentos comerciais que contêm nanopartículas que, de modo geral, servem para recobrir o princípio ativo e aumentar o tempo de vida deste dentro do organismo. Nossa estratégia é diferente. Decoramos a superfície da nanopartícula com determinados grupos químicos que servem para direcioná-la até o local onde deve agir, de modo seletivo”, disse Cardoso.
No artigo mais recente, o grupo descreve a síntese de nanopartículas formadas por um núcleo de prata recoberto por uma camada de sílica porosa para permitir a passagem de íons. Na superfície, foram colocadas várias moléculas do antibiótico ampicilina em um arranjo que, segundo Cardoso, não foi feito ao acaso.
“Por meio de modelagem molecular, conseguimos determinar qual parte da molécula de ampicilina interage melhor com a membrana bacteriana. Deixamos então todas as moléculas do fármaco com essa parte-chave voltada para o lado externo da nanopartícula, aumentando as possibilidades de interação com o patógeno”, explicou.
O trabalho de modelagem molecular contou com a colaboração de Hubert Karl Stassen, do Instituto de Química da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS).
Avaliação de eficácia
O efeito do nanoantibiótico em comparação ao da ampicilina convencional foi avaliado em duas linhagens diferentes da bactéria Escherichia coli – integrante da flora intestinal de mamíferos que, em certas situações, pode causar intoxicação alimentar.
Na linhagem suscetível à ampicilina, praticamente 100% dos microrganismos morreram tanto com o fármaco convencional quanto com a versão combinada com a prata. Na linhagem resistente, porém, apenas o nanoantibiótico teve eficácia.
O passo seguinte foi testar o efeito sobre uma linhagem de células renais humanas. Enquanto a nanopartícula de prata e sílica sem o revestimento de ampicilina se mostrou extremamente tóxica, a ampicilina convencional e a versão combinada com a prata se mostraram igualmente seguras.
“As imagens de microscopia confocal mostram que, além de não ser tóxica, a nanopartícula revestida com ampicilina não interfere no ciclo celular. As fases da mitose seguem seu curso, sem qualquer alteração”, disse Cardoso.
Na avaliação do pesquisador, a mesma estratégia poderia ser usada no combate a outras espécies bacterianas que desenvolveram resistência a antibióticos. Também é possível variar o fármaco usado na superfície da nanopartícula, para tratar diferentes tipos de infecção.
Contudo, o sistema apresenta uma desvantagem: como prata e sílica são materiais inorgânicos, essas nanopartículas não são metabolizadas e tendem a se acumular no organismo.
“Ainda não sabemos onde ocorreria esse acúmulo e quais seriam os efeitos. Para descobrir, será necessário fazer testes em animais. De qualquer modo, continuamos aperfeiçoando o sistema de modo a torná-lo mais seguro”, disse Cardoso.
Uma das possibilidades é, no lugar da prata, colocar no núcleo um segundo antibiótico de espectro diferente. Outra opção seria desenvolver uma nanopartícula pequena o suficiente para ser excretada na urina.
De qualquer modo, na avaliação de Cardoso, o nanoantibiótico em sua forma atual poderia ser usado no tratamento de casos extremos, como o de pacientes com infecção hospitalar que não respondem aos antibióticos convencionais.
“O possível acúmulo de nanopartículas no organismo, nesses casos, seria um preço pequeno a pagar para evitar a morte”, disse. O grupo busca parceiros para a realização de testes em animais.
O artigo Defeating Bacterial Resistance and Preventing Mammalian Cells Toxicity Through Rational Design of Antibiotic-Functionalized Nanoparticles (doi:10.1038/s41598-017-01209-1), de Jessica Fernanda Affonso de Oliveira, Ângela Saito, Ariadne Tuckmantel Bido, Jörg Kobarg, Hubert Karl Stassen e Mateus Borba Cardoso, pode ser lido em www.nature.com/articles/s41598-017-01209-1.
Agência Fapesp
Uma nova estratégia para combater bactérias resistentes a antibióticos foi descrita por pesquisadores brasileiros na revista Scientific Reports, do grupo Nature.
O método consiste em revestir nanopartículas feitas de prata e sílica – potencialmente tóxicas para os microrganismos e também para as células humanas – com uma camada de antibiótico. Desse modo, por afinidade química, o nanofármaco age apenas sobre os patógenos, tornando-se inerte ao organismo.
“Nós usamos o antibiótico como uma espécie de isca e, assim, conseguimos levar a nanopartícula até a bactéria com uma grande quantidade do fármaco. A ação combinada da droga com os íons de prata foi capaz de matar até mesmo microrganismos resistentes”, contou Mateus Borba Cardoso, pesquisador do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM).
Apoiado pela Fapesp, o trabalho integra uma linha de pesquisa cujo objetivo é desenvolver sistemas para tornar seletiva a ação de nanopartículas.
Em artigos anteriores, o grupo mostrou que a estratégia pode ser viável para o tratamento do câncer, levando o quimioterápico às células tumorais e poupando as sadias (agencia.fapesp.br/23210). Pode também ser experimentada na inativação do vírus HIV, causador da Aids, em bolsa de sangue para transfusão, por exemplo (agencia.fapesp.br/23779).
“Há medicamentos comerciais que contêm nanopartículas que, de modo geral, servem para recobrir o princípio ativo e aumentar o tempo de vida deste dentro do organismo. Nossa estratégia é diferente. Decoramos a superfície da nanopartícula com determinados grupos químicos que servem para direcioná-la até o local onde deve agir, de modo seletivo”, disse Cardoso.
No artigo mais recente, o grupo descreve a síntese de nanopartículas formadas por um núcleo de prata recoberto por uma camada de sílica porosa para permitir a passagem de íons. Na superfície, foram colocadas várias moléculas do antibiótico ampicilina em um arranjo que, segundo Cardoso, não foi feito ao acaso.
“Por meio de modelagem molecular, conseguimos determinar qual parte da molécula de ampicilina interage melhor com a membrana bacteriana. Deixamos então todas as moléculas do fármaco com essa parte-chave voltada para o lado externo da nanopartícula, aumentando as possibilidades de interação com o patógeno”, explicou.
O trabalho de modelagem molecular contou com a colaboração de Hubert Karl Stassen, do Instituto de Química da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS).
Avaliação de eficácia
O efeito do nanoantibiótico em comparação ao da ampicilina convencional foi avaliado em duas linhagens diferentes da bactéria Escherichia coli – integrante da flora intestinal de mamíferos que, em certas situações, pode causar intoxicação alimentar.
Na linhagem suscetível à ampicilina, praticamente 100% dos microrganismos morreram tanto com o fármaco convencional quanto com a versão combinada com a prata. Na linhagem resistente, porém, apenas o nanoantibiótico teve eficácia.
O passo seguinte foi testar o efeito sobre uma linhagem de células renais humanas. Enquanto a nanopartícula de prata e sílica sem o revestimento de ampicilina se mostrou extremamente tóxica, a ampicilina convencional e a versão combinada com a prata se mostraram igualmente seguras.
“As imagens de microscopia confocal mostram que, além de não ser tóxica, a nanopartícula revestida com ampicilina não interfere no ciclo celular. As fases da mitose seguem seu curso, sem qualquer alteração”, disse Cardoso.
Na avaliação do pesquisador, a mesma estratégia poderia ser usada no combate a outras espécies bacterianas que desenvolveram resistência a antibióticos. Também é possível variar o fármaco usado na superfície da nanopartícula, para tratar diferentes tipos de infecção.
Contudo, o sistema apresenta uma desvantagem: como prata e sílica são materiais inorgânicos, essas nanopartículas não são metabolizadas e tendem a se acumular no organismo.
“Ainda não sabemos onde ocorreria esse acúmulo e quais seriam os efeitos. Para descobrir, será necessário fazer testes em animais. De qualquer modo, continuamos aperfeiçoando o sistema de modo a torná-lo mais seguro”, disse Cardoso.
Uma das possibilidades é, no lugar da prata, colocar no núcleo um segundo antibiótico de espectro diferente. Outra opção seria desenvolver uma nanopartícula pequena o suficiente para ser excretada na urina.
De qualquer modo, na avaliação de Cardoso, o nanoantibiótico em sua forma atual poderia ser usado no tratamento de casos extremos, como o de pacientes com infecção hospitalar que não respondem aos antibióticos convencionais.
“O possível acúmulo de nanopartículas no organismo, nesses casos, seria um preço pequeno a pagar para evitar a morte”, disse. O grupo busca parceiros para a realização de testes em animais.
O artigo Defeating Bacterial Resistance and Preventing Mammalian Cells Toxicity Through Rational Design of Antibiotic-Functionalized Nanoparticles (doi:10.1038/s41598-017-01209-1), de Jessica Fernanda Affonso de Oliveira, Ângela Saito, Ariadne Tuckmantel Bido, Jörg Kobarg, Hubert Karl Stassen e Mateus Borba Cardoso, pode ser lido em www.nature.com/articles/s41598-017-01209-1.
Agência Fapesp
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