Una terapia fagica controllata per colpire i patogeni resistenti ai farmaci

La lotta contro i patogeni resistenti ai farmaci rimane intensa. Sebbene il rapporto sulle "più grandi minacce" del 2019 del Centers for Disease Control (CDC) riveli una diminuzione complessiva dei decessi correlati ai microbi resistenti ai farmaci rispetto al suo rapporto precedente (2013), l'agenzia avverte anche che sono ancora presenti nuove forme di agenti patogeni resistenti ai farmaci. emergente.

Nel frattempo, le opzioni per il trattamento delle infezioni da questi germi stanno diminuendo, confermando le preoccupazioni di medici e scienziati sulla fine dell'era degli antibiotici.

Sapevamo che sarebbe stato un problema all'inizio. Fondamentalmente, non appena è stata scoperta la penicillina, pochi anni dopo è stato riferito che c'era un organismo resistente".

Irene Chen, Professore di chimica e biochimica UC Santa Barbara

Grazie a fattori come il trasferimento genico orizzontale e la rapida riproduzione, organismi come i batteri Gram-negativi sono in grado di evolversi più velocemente di quanto possiamo produrre antibiotici per controllarli.

Quindi Chen e il suo gruppo di ricerca stanno cercando alternative agli antibiotici, in uno sforzo crescente per scongiurare l'ondata di infezioni batteriche incurabili. Nel loro lavoro, il gruppo si è rivolto ai batteriofagi, un gruppo naturale di virus che colonizzano i batteri.

"Questa è la loro funzione naturale, veramente, crescere e uccidere i batteri, " disse Chen, autore di un articolo che appare nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze . Sfruttando la capacità dei batteriofagi di insediarsi su batteri specifici senza danneggiare il resto del microbioma, i ricercatori sono stati in grado di utilizzare una combinazione di nanotubi d'oro e luce nel vicino infrarosso per distruggere anche i batteri multiresistenti senza antibiotici.

La terapia dei fagi non è nuova, disse Chen. Infatti, è stato utilizzato nell'ex Unione Sovietica e in Europa per circa un secolo, sebbene siano visti in gran parte come alternative di ultima istanza agli antibiotici. Tra i problemi irrisolti della terapia fagica c'è la caratterizzazione incompleta della biologia dei fagi - una biologia che potrebbe consentire conseguenze indesiderate dovute alla rapida evoluzione e riproduzione dei fagi, così come potenziali tossine che i virus possono trasportare. Un altro problema è l'aspetto del tutto o niente della terapia fagica, lei ha aggiunto.

"È difficile analizzare l'effetto di un trattamento con i fagi, " ha detto. "Potresti vederlo funzionare completamente o potresti vederlo completamente fallire, ma non hai il tipo di risposta alla dose che desideri."

Per superare queste sfide, il laboratorio Chen ha sviluppato un metodo di terapia fagica controllata.

"Quello che abbiamo fatto è stato coniugare i fagi a nanotubi d'oro, " ha spiegato. Questi "phanorod" sono stati applicati ai batteri su colture in vitro di cellule di mammifero e quindi esposti alla luce del vicino infrarosso.

"Quando questi nanorod sono fotoeccitati, traducono l'energia dalla luce in calore, "Chen ha detto, "e questo crea temperature locali molto elevate".

Il calore è sufficiente per uccidere i batteri, e uccide anche i fagi, impedendo ulteriori evoluzioni indesiderate. Il risultato è un missile guidato di terapia fagica mirata che consente anche il controllo del dosaggio. Il laboratorio ha avuto successo nella distruzione di E. coli, P. aeruginosa e V. cholerae -- agenti patogeni umani che causano sintomi acuti se non controllati. Sono stati anche in grado di distruggere con successo X. campestris, un batterio che causa la putrefazione delle piante.

In collaborazione con l'ingegnere meccanico dell'UC Santa Barbara Beth Pruitt, il laboratorio ha determinato che mentre il calore distruggeva con successo batteri e fagi, oltre l'80% della coltura cellulare di mammifero al di sotto del biofilm batterico è sopravvissuto.

"La questione se danneggi i tessuti dei mammiferi è molto importante, " Ha detto Chen. "Il lavoro nella nanotecnologia e nella nanomedicina per il trattamento delle infezioni batteriche indica che quando non è mirato, appesantisce davvero i tessuti circostanti."

Il laboratorio prevede di indagare su altri possibili fagi per contrastare altri batteri, possibilmente progettando un metodo fototermico che potrebbe trattare più infezioni batteriche.

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