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Propiedades antibióticas de las nanopartículas

Las nanopartículas se han estudiado ampliamente por sus propiedades antimicrobianas para combatir las superbacterias . Varias características en particular hacen que las nanopartículas sean fuertes candidatas como una alternativa a los antibióticos tradicionales . En primer lugar, tienen una gran relación área de superficie a volumen, lo que aumenta el área de contacto con los organismos objetivo. [1] [2] En segundo lugar, pueden sintetizarse a partir de polímeros, lípidos y metales. [1] En tercer lugar, una multitud de estructuras químicas, como los fulerenos y los óxidos metálicos , permiten un conjunto diverso de funcionalidades químicas.

La clave de la eficacia de las nanopartículas contra las cepas bacterianas resistentes a los antibióticos reside en su pequeño tamaño. A escala nanométrica, las partículas pueden comportarse como moléculas cuando interactúan con una célula, lo que les permite penetrar fácilmente la membrana celular e interferir en vías moleculares vitales si la química es posible. [3]

Nanopartículas metálicas

Se ha puesto un fuerte foco de investigación en la activación de la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) excesivas utilizando nanopartículas inyectadas en células bacterianas. La presencia de ROS excesivas puede estresar la estructura celular dando lugar a ADN/ARN dañado, disminución de la actividad de la membrana, alteración de la actividad metabólica y reacciones secundarias dañinas que generan sustancias químicas como los peróxidos . [4] [5] La producción de ROS se ha inducido generalmente a través de la introducción de óxido metálico y nanopartículas metálicas con carga positiva en la célula, como óxidos de hierro y plata . La carga positiva del metal es atraída por la carga negativa de la membrana celular, que luego penetra fácilmente. Las reacciones redox tienen lugar en la célula entre los metales y las especies que contienen oxígeno en la célula para producir ROS. [6] Otras técnicas novedosas incluyen la utilización de puntos cuánticos como el telururo de cadmio, bajo una fuente de luz brillante para excitar y liberar electrones; este proceso inicializa la producción de ROS de forma similar a las nanopartículas metálicas. [4]

Estructuras de carbono

Las nanoestructuras de carbono, como las láminas de óxido de grafeno (GO), los nanotubos y los fulerenos , han demostrado tener propiedades antimicrobianas cuando se utilizan sinérgicamente con otros métodos. La radiación ultravioleta dirigida a las láminas de GO, por ejemplo, altera la actividad celular bacteriana y el crecimiento de colonias a través de la producción de ROS. Dopar nanotubos o fulerenos con nanopartículas de plata o cobre también puede dañar la capacidad de las células para crecer y replicar el ADN. [7] Los nanotubos y los fulerenos en particular se están estudiando como dispersiones acuosas en lugar de polímeros, metales u otras partículas sólidas secas tradicionales. El mecanismo exacto que promueve esta sinergia no se entiende claramente, pero se cree que está relacionado con la química superficial única de las nanoestructuras de carbono (es decir, la gran relación de aspecto de los nanotubos de carbono, la alta energía superficial en las láminas de GO). Las aplicaciones humanas de los nanomateriales de carbono no se han probado debido a los peligros potenciales desconocidos. La investigación actual sobre los efectos cancerígenos, si los hay, de las nanoestructuras de carbono todavía está en su infancia y, por lo tanto, no hay un consenso claro sobre el tema. [8]

Sinergias de fármacos

Las nanopartículas pueden mejorar los efectos de los antibióticos tradicionales a los que una bacteria puede haberse vuelto resistente y disminuir la concentración inhibitoria mínima (CIM) general requerida para un fármaco. Las nanopartículas de plata mejoran la actividad de la amoxicilina , la penicilina y la gentamicina en bacterias al alterar la permeabilidad de la membrana y mejorar la administración del fármaco. [9] [10] Las propias nanopartículas pueden tener propiedades antimicrobianas mejoradas o inducidas con la adición de fármacos orgánicos. Se descubrió que las partículas de oro, aunque no son inherentemente antimicrobianas, expresan propiedades antimicrobianas cuando se funcionalizan con ampicilina. [11] Además de esto, las nanopartículas de oro demostraron una permeabilidad de membrana mejorada con la adición de 4,6-diamino-2-pirimidenthiol (DAPT) y aminas no antibióticas (NAA) a sus superficies. [12]

Referencias

  1. ^ ab Kandi, Venkataramana; Kandi, Sabitha (17 de abril de 2015). "Propiedades antimicrobianas de las nanomoléculas: candidatos potenciales como antibióticos en la era de la resistencia a múltiples fármacos". Epidemiología y salud . 37 : e2015020. doi :10.4178/epih/e2015020. ISSN  2092-7193. PMC  4459197 . PMID  25968114.
  2. ^ Hajipour, Mohammad J.; Fromm, Katharina M.; Akbar Ashkarran, Ali; Jiménez de Aberasturi, Dorleta; Larramendi, Idoia Ruiz de; Rojo, Teófilo; Serpooshan, Vahid; Parak, Wolfgang J.; Mahmoudi, Morteza (1 de octubre de 2012). "Propiedades antibacterianas de las nanopartículas" (PDF) . Tendencias en Biotecnología . 30 (10): 499–511. doi :10.1016/j.tibtech.2012.06.004. PMID  22884769. S2CID  32908643.
  3. ^ Allahverdiyev, Adil M.; Kon, Kateryna Volodymyrivna; Abamor, Emrah Sefik; Bagirova, Malahat; Rafailovich, Miriam (1 de noviembre de 2011). "Cómo hacer frente a la resistencia a los antibióticos: combinación de nanopartículas con antibióticos y otros agentes antimicrobianos". Revisión experta de la terapia antiinfecciosa . 9 (11): 1035–1052. doi :10.1586/eri.11.121. PMID  22029522. S2CID  24287211.
  4. ^ ab Bennington-Castro, Joseph (1 de marzo de 2016). "Bio Focus: los puntos cuánticos activados por luz eliminan las superbacterias resistentes a los antibióticos". Boletín MRS . 41 (3): 178–179. Código Bibliográfico :2016MRSBu..41..178B. doi : 10.1557/mrs.2016.35 . ISSN  0883-7694.
  5. ^ Eh, Ae Jung; Kwon, joven Jik (10 de diciembre de 2011). ""Nanoantibióticos": un nuevo paradigma para el tratamiento de enfermedades infecciosas utilizando nanomateriales en la era resistente a los antibióticos". Journal of Controlled Release . 156 (2): 128–145. doi :10.1016/j.jconrel.2011.07.002. ISSN  1873-4995. PMID  21763369.
  6. ^ Cheng, Guyue; Dai, Menghong; Ahmed, Saeed; Hao, Haihong; Wang, Xu; Yuan, Zonghui (8 de abril de 2016). "Medicamentos antimicrobianos en la lucha contra la resistencia a los antimicrobianos". Frontiers in Microbiology . 7 : 470. doi : 10.3389/fmicb.2016.00470 . PMC 4824775 . PMID  27092125. 
  7. ^ Tegou, Evangelia; Magaña, María; Katsogridaki, Alexandra Eleni; Ioannidis, Anastasios; Raptis, Vasilios; Jordán, Sheldon; Chatzipanagiotou, Stylianos; Chatzandroulis, Stavros; Ornelas, Catia (1 de mayo de 2016). "Términos cariñosos: las bacterias se encuentran con las nanosuperficies de grafeno". Biomateriales . 89 : 38–55. doi :10.1016/j.biomaterials.2016.02.030. PMID  26946404.
  8. ^ Rittinghausen, Susanne; Hackbarth, Anja; Creutzenberg, Otto; Ernst, Heinrich; Heinrich, Uwe; Leonhardt, Albrecht; Schaudien, Dirk (2014-11-20). "El efecto cancerígeno de varios nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT) después de la inyección intraperitoneal en ratas". Toxicología de partículas y fibras . 11 : 59. doi : 10.1186/s12989-014-0059-z . PMC 4243371 . PMID  25410479. 
  9. ^ Flórez-Castillo, JM, Ropero-Vega, JL, Perullini, M., Jobbágy, M. Gránulos biopoliméricos de alcohol polivinílico y alginato para la encapsulación del péptido Ib-M6 y su actividad antimicrobiana contra E. coli (2019) Heliyon, 5 (6), art. No. e01872. DOI: 10.1016/j.heliyon.2019.e01872 Flórez-Castillo, JM; Ropero-Vega, JL; Perullini, Mercedes; Jobbágy, Matías (2019). "Pellets biopoliméricos de alcohol polivinílico y alginato para la encapsulación del péptido Ib-M6 y su actividad antimicrobiana contra E. coli". Heliyón . 5 (6): e01872. Código Bibliográfico :2019Heliy...501872F. doi : 10.1016/j.heliyon.2019.e01872 . hdl : 11336/123693 . PMC 6551476 . PMID  31194071. 
  10. ^ Smekalova, Monika; Aragon, Virginia; Panacek, Ales; Prucek, Robert; Zboril, Radek; Kvitek, Libor (1 de marzo de 2016). "Efecto antibacteriano mejorado de los antibióticos en combinación con nanopartículas de plata contra patógenos animales". Revista veterinaria . 209 : 174–179. doi :10.1016/j.tvjl.2015.10.032. PMID  26832810.
  11. ^ Brown, Ashley N.; Smith, Kathryn; Samuels, Tova A.; Lu, Jiangrui; Obare, Sherine O .; Scott, Maria E. (15 de abril de 2012). "Las nanopartículas funcionalizadas con ampicilina destruyen aislamientos de Pseudomonas aeruginosa y Enterobacter aerogenes resistentes a múltiples antibióticos y Staphylococcus aureus resistente a la meticilina". Applied and Environmental Microbiology . 78 (8): 2768–2774. Bibcode :2012ApEnM..78.2768B. doi :10.1128/AEM.06513-11. PMC 3318834 . PMID  22286985. 
  12. ^ Zhao, Yuyun; Chen, Zeliang; Chen, Yanfen; Xu, Jie; Li, Jinghong; Jiang, Xingyu (4 de septiembre de 2013). "Sinergia de fármacos no antibióticos y pirimidinetiol en nanopartículas de oro contra superbacterias". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 135 (35): 12940–12943. doi :10.1021/ja4058635. PMID  23957534.