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Feridas crônicas são feridas abertas ou tecidos lesionados que não cicatrizam adequadamente. Esses tipos de feridas são notoriamente difíceis de tratar devido a infecções bacterianas como Staphylococcus aureusou S. aureus. Além disso, infecções bacterianas altamente resistentes a antibióticos, como bactérias resistentes à meticilina S. aureus (MRSA), são uma das principais causas de infecções potencialmente fatais em pacientes hospitalares.
Para se defender do nosso sistema imunológico e outras ameaças, S. aureus pode se unir, criando um campo de força liso e viscoso – ou biofilme – em torno de si. A barreira do biofilme é tão espessa que nem as células imunológicas nem os antibióticos podem penetrar e neutralizar as bactérias nocivas.
Pesquisadores da UNC School of Medicine e do UNC-NC State Joint Department of Biomedical Engineering desenvolveram um novo método que combina ácido palmitoleico, gentamicina e ultrassom não invasivo para ajudar a melhorar a administração de medicamentos em feridas crônicas que foram infectadas com S. aureus.
Usando sua nova estratégia, os pesquisadores conseguiram reduzir a desafiadora infecção por MRSA nas feridas de camundongos diabéticos em 94%. Eles foram capazes de esterilizar completamente as feridas em vários dos camundongos, e o restante reduziu significativamente a carga bacteriana. Seus resultados foram publicados em Biologia Química Celular.
“Quando as bactérias não são completamente eliminadas de feridas crônicas, isso coloca o paciente em alto risco de infecção recorrente ou de desenvolver uma infecção secundária”, disse a autora sênior Sarah Rowe-Conlon, PhD, professora associada de pesquisa no Departamento de Microbiologia e Imunologia. “Esta estratégia terapêutica tem o potencial de melhorar os resultados e reduzir a recidiva de infecções crônicas de feridas em pacientes. Estamos entusiasmados com o potencial de traduzir isso para a clínica e é isso que estamos explorando agora.”
Os biofilmes atuam como uma barreira física para muitas classes de antibióticos. Virginie Papadopoulou, PhD, professora assistente de pesquisa no Departamento Conjunto de Engenharia Biomédica da UNC-NCSU, estava curiosa para saber se o ultrassom não invasivo aprimorado por cavitação poderia criar agitação suficiente para formar espaços abertos no biofilme para facilitar a administração de medicamentos.
Gotículas líquidas que podem ser ativadas por ultrassom, chamadas agentes de contraste de mudança de fase (PCCA), são aplicadas topicamente na ferida. Um transdutor de ultrassom é focado na ferida e ligado, fazendo com que o líquido dentro das gotículas se expanda e se transforme em microbolhas cheias de gás, que se movem rapidamente.
A oscilação dessas microbolhas agita o biofilme, tanto rompendo-o mecanicamente quanto aumentando o fluxo de fluido. Em última análise, a combinação da ruptura do biofilme e o aumento da permeação das drogas através do biofilme permitiu que as drogas entrassem e matassem o biofilme bacteriano com eficiência muito alta.
“As microbolhas e os agentes de contraste de mudança de fase agem como amplificadores locais da energia do ultrassom, permitindo-nos atingir com precisão feridas e áreas do corpo para alcançar resultados terapêuticos impossíveis com o ultrassom padrão”, disse Dayton, William R. Kenan Jr. Distinguished Professor e Chefe de Departamento do Departamento Conjunto UNC-NCSU de Engenharia Biomédica. “Esperamos ser capazes de usar tecnologias semelhantes para distribuir quimioterápicos localmente em tumores teimosos ou conduzir novo material genético para células danificadas também”.
Quando as células bacterianas ficam presas dentro do biofilme, elas ficam com pouco acesso a nutrientes e oxigênio. Para conservar seus recursos e energia, eles passam para um estado inativo ou sonolento. As bactérias, conhecidas como células persistentes nesse estado, são extremamente resistentes aos antibióticos.
Os pesquisadores escolheram a gentamicina, um antibiótico tópico normalmente ineficaz contra S. aureus devido à resistência generalizada a antibióticos e baixa atividade contra células persistentes. Os pesquisadores também introduziram um novo adjuvante antibiótico, o ácido palmitoleico, em seus modelos.
O ácido palmitoleico, um ácido graxo insaturado, é um produto natural do corpo humano que possui fortes propriedades antibacterianas. O ácido graxo se insere na membrana das células bacterianas e os autores descobriram que ele facilita a entrada bem-sucedida do antibiótico na S. aureus células e é capaz de matar células persistentes e reverter a resistência a antibióticos.
No geral, a equipe está entusiasmada com a nova abordagem tópica e não invasiva porque pode dar aos cientistas e médicos mais ferramentas para combater a resistência aos antibióticos e diminuir os sérios efeitos adversos de tomar antibióticos orais.
“Os antibióticos sistêmicos, como orais ou intravenosos, funcionam muito bem, mas geralmente há um grande risco associado a eles, como toxicidade, eliminação da microflora intestinal e C. difícil infecção”, disse Rowe-Conlon. “Usando este sistema, somos capazes de fazer com que os medicamentos tópicos funcionem e eles podem ser aplicados no local da infecção em concentrações muito altas, sem os riscos associados à administração sistêmica.”
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