Nanopartículas de prata e um novo método de detecção podem combater biofilmes resistentes a antibióticos

Da proteção do nosso suprimento de alimentos à prevenção de infecções hospitalares, a batalha contra bactérias resistentes a antibióticos é um desafio crescente. Algumas bactérias podem formar biofilmes, agregados espessos de milhões de células individuais cercadas por substâncias protetoras semelhantes a muco que aderem facilmente às superfícies. A formação de tais biofilmes é uma estratégia bacteriana crítica para resistir ao tratamento.

As colônias densas e em camadas protegem as bactérias das células imunes e reduzem a eficácia de antissépticos e antibióticos. “Uma vez que um biofilme se forma, sua estrutura atua como uma barreira, tornando extremamente difícil para os medicamentos penetrarem e matarem as bactérias”, explica o Dr. Chisato Takahashi, um pesquisador principal do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada (AIST). A extraordinária resiliência dos biofilmes motivou os pesquisadores a buscar soluções inovadoras além dos antibióticos tradicionais.

Em seu artigo publicado recentemente na revista Nanoescalauma equipe de cientistas do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) e do AIST desenvolveu uma nova abordagem para combater bactérias resistentes ao tratamento.

Para superar as deficiências dos antibióticos convencionais, os pesquisadores desenvolveram uma nanopartícula exclusiva que combina múltiplos mecanismos para matar as bactérias.

“Nós encapsulamos nossas partículas de prata dentro de uma casca de polímero de Soluplus e a infundimos com azitromicina, um antibiótico. Essa estratégia inovadora de encapsulamento torna a nanopartícula estável e altamente eficaz em sua atividade antimicrobiana”, diz o Dr. Takahashi.

Após demonstrar a estabilidade dessas nanopartículas em um estudo anterior, era hora de testar sua eficácia. “Escolhemos duas bactérias bem conhecidas que tendem a causar infecções hospitalares problemáticas: Escherichia coli e Staphylococcus epidermidis”, diz o Dr. Murali Mohan Jaligam, um acadêmico de pós-doutorado na Unidade de Micro/Bio/Nanofluídica do OIST e o primeiro autor do estudo.

Essas bactérias são notórias por formar biofilmes resilientes em superfícies como cateteres e implantes cirúrgicos, levando a infecções graves e resistentes ao tratamento dentro do corpo humano. Os antibióticos agem de forma altamente específica na remoção de bactérias, o que limita as opções de tratamento disponíveis durante a infecção bacteriana, uma limitação que se torna especialmente crítica quando surge a resistência aos antibióticos.

Nessas situações, as nanopartículas de ponta podem superar os métodos convencionais.

“Nossas nanopartículas podem realizar um ataque de dupla ação — mirando células bacterianas com antibióticos e íons de prata. O polímero encapsulante garante estabilidade e evita que as nanopartículas se aglomerem, aumentando sua eficácia”, diz a Prof. Amy Shen, chefe da Unidade de Micro/Bio/Nanofluídica do OIST.

Somente combinando prata, antibióticos e polímeros os pesquisadores deram às suas nanopartículas essas capacidades únicas de penetrar e romper biofilmes bacterianos.

“Não é qualquer nanopartícula que pode fazer isso”, acrescenta o Dr. Takahashi.

Visualizando o sucesso: Um novo método para monitoramento em tempo real

Os pesquisadores usaram microscopia eletrônica de varredura e medições de densidade óptica para observar como as nanopartículas rompem os biofilmes. Embora esses métodos sejam bem estabelecidos, eles podem ser demorados e exigem que a amostra seja tingida com corantes especiais. O desenvolvimento de eletrodos de grafeno induzido por laser (LIG) permitiu que a equipe superasse as limitações técnicas existentes.

“Criamos um sistema de eletrodo LIG miniaturizado e altamente sensível, capaz de monitorar a atividade bacteriana em tempo real”, explica o Dr. Jaligam. Esses eletrodos têm grandes áreas de superfície, dando às bactérias uma base ideal para formar biofilmes, e são altamente condutores, de modo que podem medir facilmente o fluxo de cargas elétricas.

Como bactérias em decomposição criam um sinal eletroquímico diferente do que bactérias intactas, o eletrodo pode detectar a quebra da célula bacteriana conforme a corrente elétrica muda. Este método é mais rápido e preciso do que os métodos tradicionais para avaliar a atividade antimicrobiana e funciona sem manchar as bactérias.

“Nossa tecnologia de sensor LIG oferece uma solução eficiente, escalável e econômica para detectar e gerenciar contaminação bacteriana e biofilmes”, observa o Prof. Essas qualidades abrem vários campos para uso de eletrodos, como triagem de câncer. Da mesma forma, as nanopartículas têm usos potenciais além do combate a infecções adquiridas em hospitais, por exemplo, no revestimento de dispositivos médicos para evitar a formação de biofilmes em primeiro lugar.

“A resistência aos antibióticos continua a representar uma ameaça crítica à saúde global, mas avanços como este oferecem um caminho promissor para o futuro. Nosso estudo mostra o potencial da pesquisa colaborativa e interdisciplinar para abordar alguns dos desafios mais urgentes e complexos que enfrentamos atualmente na medicina moderna”, diz o Prof. Shen.