Cómo funcionan las partículas Ninja

Creados y nombrados por investigadores de IBM y el Instituto de Bioingeniería y Nanotecnología de Singapur, estos minúsculos atacantes pueden resolver dos problemas que afectan a la medicina moderna: las bacterias resistentes a los antibióticos y las biopelículas . En el primer frente, la mitad de los pacientes hospitalizados en los Estados Unidos sufren de infecciones adquiridas en el hospital con bacterias resistentes a los medicamentos, según algunas estimaciones, y las infecciones por estas bacterias son cada vez más difíciles de tratar [fuente: Liu ]. Superbacterias, como Staphylococcus aureus resistente a la meticilina y Escherichia coli que causan infecciones, han desarrollado una resistencia a los antibióticos tradicionales. Como resultado, los científicos y los médicos se ven obligados a buscar opciones de tratamiento alternativas para matar estas bacterias. En segundo lugar, las biopelículas que se forman en las superficies de los dispositivos médicos también plantean un gran problema. A medida que estas sustancias pegajosas llenas de bacterias recubren los catéteres y otros implantes médicos, los dispositivos se convierten en un vehículo para llevar bacterias al cuerpo.

Introduzca la partícula ninja. Al estilo ninja clásico, estas diminutas partículas (¡1000 veces más pequeñas que un grano de arena!) algún día podrán infiltrarse en el cuerpo, cazar la bacteria agresora y matarla de una manera que deje al microbio como si hubiera sido atacado. con una estrella ninja. Como su homónimo, esta partícula es buena en su trabajo. Se concentra en su objetivo y logra dejar ilesas a otras células. Las partículas son igualmente hábiles para eliminar las biopelículas que se forman en las superficies, lo que hace que estas pequeñas fuerzas ninjas sean temibles.

Siga leyendo para obtener más información sobre cómo estas partículas se abrieron paso hasta el laboratorio y qué pueden hacer por nosotros.

1. Lo que se necesita para ser una partícula ninja
2. Objetivo de partículas ninja y destrucción
3. Beneficios del uso de partículas Ninja para tratar infecciones
4. Aplicaciones objetivo de las partículas Ninja

Cuando la investigadora Yi Yan Yang se enteró del trabajo que el químico Jim Hedrick estaba haciendo en IBM en microelectrónica, inmediatamente se le acercó para proponerle una colaboración y le dijo que los avances de su investigación podrían aprovecharse mejor en medicina. Desde entonces, su asociación ha resultado en el desarrollo de un grupo muy prometedor de nanopartículas denominadas "partículas ninja".

El sistema inmunológico humano inspiró su creación. Cuando una persona se enferma, su cuerpo secreta péptidos antimicrobianos . Estas moléculas que combaten las bacterias buscan un microbio, se adhieren a él y lo matan (esa última parte puede ocurrir de diferentes maneras). Hedrick y Yang se dispusieron a hacer una partícula en el laboratorio que hiciera lo mismo.

La nanopartícula que crearon está hecha de un tipo especial de polímero. Los polímeros son moléculas encadenadas súper largas. Los plásticos, por ejemplo, son todos polímeros. La nanopartícula de polímero que desarrollaron Hedrick y Yang tiene tres partes que la hacen tan hábil para matar bacterias.

Con estas tres partes, se ha demostrado que las partículas ninja son efectivas para matar Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (MRSA), E. coli y ciertos tipos de hongos [fuente: Yang ]. Además, las nanopartículas se pueden usar para recubrir dispositivos médicos como catéteres, que son conocidos por el crecimiento de biopelículas plagadas de bacterias. El revestimiento evita que se formen bacterias en las superficies, lo que reduce la posibilidad de infecciones en pacientes con estos dispositivos implantados.

Entonces, las partículas ninja están especialmente diseñadas para atacar a las bacterias y matarlas, pero ¿cómo? El primer paso es encontrar las células bacterianas ofensivas en un mar de células de mamíferos. Aquí es donde se afianza el principio clave de "los opuestos se atraen". La superficie de las células bacterianas tiene una carga más negativa que la de las células de los mamíferos. Para ser atraídas específicamente por las células bacterianas, las partículas ninja deben tener la carga opuesta: positiva. Obtienen esta carga positiva en su superficie a través de un proceso llamado autoensamblaje . Cada partícula está formada por muchas, muchas hebras más pequeñas de polímeros. Estos polímeros se agrupan o se autoensamblan para formar pequeñas bolas llamadas micelas .. Debido a las atractivas interacciones entre las diferentes partes de la cadena polimérica, estas micelas se forman de forma natural en el agua con el exterior de la bola recubierto de una carga positiva. Y listo, la bola de carga positiva es naturalmente atraída por el microbio de carga negativa.

Una vez allí, la partícula ninja se adhiere a la célula bacteriana. Las porciones cargadas positivamente de la partícula que ayudaron a encontrar selectivamente las células bacterianas también actúan como agentes antibacterianos, haciendo agujeros en la pared celular. Este proceso, llamado lisis de la membrana , arruina la estructura de la célula, lo que hace que las entrañas de la célula comiencen a rezumar, sin esperanza de recuperación. Aquí, de hecho, es donde a los investigadores se les ocurrió el nombre de "ninja" para sus partículas. El método de destrucción de perforar la pared de la celda con agujeros es similar a lo que sucedería si la celda fuera atacada con una estrella ninja.

Una de las mejores partes de este proceso es que las bacterias nunca tienen la oportunidad de desarrollar resistencia. Los antibióticos funcionan paralizando selectivamente ciertas partes del mecanismo de la célula, manteniendo intactas la mayoría de las características estructurales. El método de partículas ninja, por el contrario, es muy dañino físicamente para la célula, y las bacterias no tienen la oportunidad de desarrollar una resistencia potencial a las partículas ninja [fuente: Nederberg et al ].

La vida útil de las partículas ninja se puede ajustar para que puedan matar las células bacterianas antes de que se eliminen a sí mismas. Eventualmente, sin embargo, las enzimas en el cuerpo comienzan a degradar las partículas y se desmoronan, y el cuerpo excreta los fragmentos más pequeños resultantes [fuente: Hedrick ].

Con el cambio hacia un mundo posterior a los antibióticos , los científicos se han esforzado por encontrar tratamientos alternativos para las infecciones que no impliquen antibióticos. Se han logrado avances con virus llamados bacteriófagos , que secuestran la maquinaria interna de la bacteria y hacen que estalle como un globo. Se han realizado otros trabajos con toxinas producidas por bacterias ( bacterocinas ) para eliminar las bacterias que causan infecciones. Los avances que más se relacionan con las partículas ninja son las terapias con péptidos catiónicos o antimicrobianos. Estas moléculas también pueden dirigirse selectivamente a las bacterias debido a la atracción opuesta de las cargas en sus superficies. Su método para matar las células bacterianas se basa en la interrupción de la comunicación entre las células [fuente: Borel ]. Sin embargo, esta terapia ha estado plagada de varios problemas: toxicidad para las células sanas no bacterianas (por ejemplo, las células de los mamíferos pueden romperse y liberar su contenido); corta vida media in vivo (no duran mucho en el cuerpo) y altos costos de fabricación [fuente: Nederberg et al ].

Las partículas ninja resuelven muchos de estos problemas. Son compatibles con la sangre y tienen una toxicidad mínima o nula para los glóbulos rojos; son lo suficientemente estables para seguir siendo efectivos in vivo; se biodegradan fácilmente y son mucho más baratos de fabricar. Las partículas ninja no son las únicas bacterias que luchan contra las partículas que existen. Investigadores de todo el mundo han realizado avances similares en el desarrollo de otras moléculas pequeñas con propiedades antimicrobianas o en la creación de enfoques basados ​​en nanopartículas para la administración de fármacos [fuentes: Zhu y Gao ]. Estas partículas se unen a una creciente comunidad de terapias basadas en nanopartículas. Las nanopartículas se utilizan en aplicaciones médicas como imágenes médicas (como MRI) y en el tratamiento de una amplia gama de enfermedades como el cáncer y el SIDA .

Las partículas ninja tienen el potencial de tener un gran impacto en nuestras vidas. Su capacidad demostrada para buscar y matar bacterias resistentes a los antibióticos significa que algún día podemos verlos en forma de un fármaco inyectable. Los investigadores continúan recopilando datos sobre la eficacia y la toxicidad (o la falta de toxicidad, en realidad) de estas partículas. Una vez que hayan completado sus pruebas, las compañías farmacéuticas pueden intervenir para realizar ensayos en humanos que controlen cómo estas partículas combaten las infecciones bacterianas dentro del cuerpo.

Fuera del cuerpo, podemos comenzar a ver partículas ninja utilizadas como desinfectante y para detener la formación de biopelículas. Las bacterias que forman las biopelículas son muy buenas para protegerse. Muchos aerosoles en el mercado tienen dificultades para romper las capas protectoras de una biopelícula para desinfectar superficies. Las partículas Ninja, por otro lado, pueden erradicar las bacterias en estas biopelículas al contacto, proporcionando una excelente manera de limpiar dispositivos médicos o incluso superficies de preparación de alimentos.

Estas nanopartículas también pueden llegar a nuestros productos de cuidado personal, esencialmente en cualquier lugar donde no queramos la acumulación de bacterias. Pueden usarse para recubrir lentes de contacto o colocarse como aditivos en productos como enjuagues bucales, desodorantes y detergentes. Incluso se pueden utilizar en sistemas de purificación de agua . Las bacterias malas están en todas partes, y estas partículas ninja están preparadas para encontrarlas y destruirlas.

Nota del autor: cómo funcionan las partículas Ninja

Es mejor cuando algo que tiene un nombre genial realmente hace honor a su nombre. Y las partículas ninja son tan asombrosas como su nombre lo indica. Mientras escribía este artículo, me encantaba imaginar estas partículas atravesando sigilosamente el cuerpo, encontrando a las bacterias malas y abriéndolas. Esta investigación es muy prometedora; No puedo esperar a encontrar estas partículas en el mercado. La única parte que me entristece es que, cuando un día lo hagan en nuestros productos de cuidado personal o en nuestros medicamentos, no podré desplazarme por los ingredientes y ver las "partículas ninja" en la lista. Lamentablemente, creo que la FDA y otras organizaciones reguladoras pueden requerir sus nombres químicos reales. Demasiado.

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