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“Medicina vivente” creata per trattare le infezioni resistenti ai farmaci

Immagine al microscopio elettronico a scansione delle cellule di Mycoplasma pneumoniae, piccoli batteri che sono naturalmente adattati al polmone umano. CREDITO María Lluch/CRG

Il trattamento sperimentale dissolve i biofilm resistenti agli antibiotici nei topi

I ricercatori del Center for Genomic Regulation (CRG) e Pulmobiotics SL hanno creato la prima “medicina vivente” per trattare i batteri resistenti agli antibiotici che crescono sulle superfici degli impianti medici. I ricercatori hanno creato il trattamento rimuovendo la capacità di un batterio comune di causare malattie e riutilizzandolo per attaccare invece i microbi dannosi.

Il trattamento sperimentale è stato testato su cateteri infetti in vitro , ex vivo e in vivo , trattando con successo le infezioni con tutti e tre i metodi di test. Secondo gli autori, l’iniezione della terapia sotto la pelle dei topi ha curato le infezioni nell’82% degli animali trattati.

I risultati sono un primo passo importante per lo sviluppo di nuovi trattamenti per le infezioni che colpiscono gli impianti medici come cateteri, pacemaker e protesi articolari. Questi sono altamente resistenti agli antibiotici e rappresentano l’80% di tutte le infezioni acquisite in ambito ospedaliero.

Lo studio è pubblicato oggi sulla rivista Molecular Systems Biology . Questo lavoro è stato sostenuto dalla Fondazione “la Caixa” attraverso il bando CaixaResearch Health, il Consiglio europeo della ricerca (ERC), il progetto MycoSynVac nell’ambito del programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell’UE, la Generalitat de Catalunya e l’Instituto de Salud Carlos III .

Il nuovo trattamento mira specificamente ai biofilm, colonie di cellule batteriche che aderiscono tra loro su una superficie. Le superfici degli impianti medici sono condizioni di crescita ideali per i biofilm, dove formano strutture impenetrabili che impediscono agli antibiotici o al sistema immunitario umano di distruggere i batteri incorporati all’interno. I batteri associati al biofilm possono essere mille volte più resistenti agli antibiotici rispetto ai batteri che fluttuano liberamente.

Da sinistra a destra: Margherita Scarpa, Claudio Santos, Luis Serrano, Carlos Piñero e Maria Lluch.
CREDITO: Centro per la regolazione genomica (CRG)

Lo Staphylococcus aureus è una delle specie più comuni di batteri associati al biofilm. Le infezioni da S. aureus non rispondono agli antibiotici convenzionali, richiedendo ai pazienti di rimuovere chirurgicamente qualsiasi impianto medico infetto. Le terapie alternative includono l’uso di anticorpi o enzimi, ma si tratta di trattamenti ad ampio spettro altamente tossici per i tessuti e le cellule normali, che causano effetti collaterali indesiderati.

Gli autori dello studio hanno ipotizzato che l’introduzione di organismi viventi che producono direttamente enzimi nelle vicinanze dei biofilm sia un modo più sicuro ed economico di trattare le infezioni. I batteri sono un vettore ideale, poiché hanno piccoli genomi che possono essere modificati utilizzando una semplice manipolazione genetica.

I ricercatori hanno scelto di progettare il Mycoplasma pneumoniae , una specie comune di batteri che manca di una parete cellulare, rendendo più facile il rilascio delle molecole terapeutiche che combattono l’infezione e aiutandola anche a eludere il rilevamento da parte del sistema immunitario umano. Altri vantaggi dell’utilizzo di M. pneumoniae come vettore includono il suo basso rischio di mutare nuove abilità e la sua incapacità di trasferire nessuno dei suoi geni modificati ad altri microbi che vivono nelle vicinanze.

M. pneumoniae è stato inizialmente modificato in modo che non causasse malattie. Ulteriori modifiche gli hanno permesso di produrre due diversi enzimi che dissolvono i biofilm e attaccano le pareti cellulari dei batteri incorporati all’interno. I ricercatori hanno anche modificato i batteri in modo che secernono enzimi antimicrobici in modo più efficiente.

I ricercatori mirano innanzitutto a utilizzare i batteri modificati per trattare i biofilm che si accumulano attorno ai tubi respiratori, poiché M. pneumoniae è naturalmente adattato al polmone. “La nostra tecnologia, basata sulla biologia sintetica e sulla bioterapia dal vivo, è stata progettata per soddisfare tutti gli standard di sicurezza ed efficacia per l’applicazione nel polmone, con le malattie respiratorie come uno dei primi obiettivi. La nostra prossima sfida è affrontare la produzione e la produzione su larga scala e prevediamo di iniziare gli studi clinici nel 2023″, afferma María Lluch , autrice corrispondente dello studio e Chief Science Officer di Pulmobiotics .

I batteri modificati possono anche avere applicazioni a lungo termine per altre malattie. “I batteri sono veicoli ideali per la ‘medicina vivente’ perché possono trasportare qualsiasi proteina terapeutica per trattare la fonte di una malattia. Uno dei grandi vantaggi della tecnologia è che una volta giunti a destinazione, i vettori batterici offrono una produzione continua e localizzata della molecola terapeutica. Come qualsiasi veicolo, i nostri batteri possono essere modificati con diversi carichi utili che prendono di mira diverse malattie, con potenzialmente più applicazioni in futuro”, afferma il professor Luis Serrano , direttore della ricerca ICREA , direttore del CRG e coautore dello studio.

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