Todos hemos sido más conscientes de la salud pulmonar desde el Covid-19.
Sin embargo, para las personas con asma y enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), lidiar con los problemas pulmonares es una lucha de por vida. Las personas con EPOC sufren de tejido pulmonar muy inflamado que se hincha y obstruye las vías respiratorias, lo que dificulta la respiración. La enfermedad es común, con más de tres millones de casos anuales sólo en Estados Unidos.
Aunque es manejable, no existe cura. Un problema es que los pulmones con EPOC bombean toneladas de moco viscoso, que forma una barrera que impide que los tratamientos lleguen a las células pulmonares. La sustancia viscosa, cuando no se expulsa al toser, también atrae bacterias, lo que agrava aún más la afección.
Un nuevo estudio in Science Advances describe una posible solución. Los científicos han desarrollado un nanoportador para transportar antibióticos a los pulmones. Como una nave espacial biológica, el portaaviones tiene “puertas” que se abren y liberan antibióticos dentro de la capa mucosa para combatir infecciones.
Las "puertas" en sí mismas también son mortales. Elaborados a partir de una pequeña proteína, rompen las membranas bacterianas y limpian su ADN para eliminar las infecciones crónicas de las células pulmonares.
El equipo diseñó una versión inhalable de un antibiótico utilizando el nanoportador. En un modelo de ratón con EPOC, el tratamiento revivió sus células pulmonares en sólo tres días. Sus niveles de oxígeno en sangre volvieron a la normalidad y los signos previos de daño pulmonar sanaron lentamente.
"Esta estrategia inmunoantibacteriana puede cambiar el paradigma actual del tratamiento de la EPOC", el equipo escribí en el artículo.
Breathe Me
Los pulmones son extremadamente delicados. Imagínese capas delgadas pero flexibles de células separadas en lóbulos para ayudar a coordinar el flujo de oxígeno hacia el cuerpo. Una vez que el aire fluye a través de la tráquea, se dispersa rápidamente entre una compleja red de ramas, llenando miles de sacos de aire que suministran oxígeno al cuerpo y al mismo tiempo lo liberan de dióxido de carbono.
Estas estructuras se dañan fácilmente y fumar es un desencadenante común. El humo del cigarrillo hace que las células circundantes bombeen una sustancia viscosa que obstruye las vías respiratorias y recubre los alvéolos, lo que dificulta su funcionamiento normal.
Con el tiempo, el moco forma una especie de “pegamento” que atrae a las bacterias y se condensa formando una biopelícula. La barrera bloquea aún más el intercambio de oxígeno y cambia el entorno de los pulmones a uno favorable para el crecimiento de bacterias.
Una forma de detener la espiral descendente es eliminar las bacterias. Los antibióticos de amplio espectro son el tratamiento más utilizado. Pero debido a la capa protectora viscosa, no pueden alcanzar fácilmente las bacterias que se encuentran en lo más profundo de los tejidos pulmonares. Peor aún, el tratamiento a largo plazo aumenta la posibilidad de resistencia a los antibióticos, lo que hace aún más difícil eliminar las bacterias rebeldes.
Pero la capa protectora tiene una debilidad: es demasiado ácida. Literalmente.
Política de puerta abierta
Como un limón, la capa viscosa es ligeramente más ácida en comparación con el tejido pulmonar sano. Esta peculiaridad le dio al equipo la idea de un portador de antibióticos ideal que solo liberaría su carga útil en un ambiente ácido.
El equipo fabricó nanopartículas huecas de sílice (un biomaterial flexible), las llenó con un antibiótico común y añadió "puertas" para liberar los medicamentos.
Estas aberturas están controladas por secuencias de proteínas cortas adicionales que funcionan como "cerraduras". En entornos normales de vías respiratorias y pulmones, se pliegan en la puerta, esencialmente secuestrando los antibióticos dentro de la burbuja.
Liberada en los pulmones con EPOC, la acidez local cambia la estructura de la proteína de bloqueo, por lo que las puertas se abren y liberan antibióticos directamente en el moco y la biopelícula, esencialmente rompiendo las defensas bacterianas y apuntándolas a su propio terreno.
Una prueba con el brebaje penetró una biopelícula cultivada en laboratorio en una placa de Petri. Era mucho más eficaz en comparación con un tipo anterior de nanopartícula, en gran parte porque las puertas del portador se abrían una vez dentro de la biopelícula; en otras nanopartículas, los antibióticos permanecían atrapados.
Los transportistas también podrían profundizar en las zonas infectadas. Las células tienen cargas eléctricas. Tanto el portador como el moco tienen cargas negativas que, como los extremos cargados de manera similar de dos imanes, empujan a los portadores más profundamente hacia el interior y a través de las capas de moco y biopelícula.
En el camino, la acidez del moco cambia lentamente la carga del portador a positiva, de modo que una vez pasada la biopelícula, el mecanismo de "cerradura" se abre y libera el medicamento.
El equipo también probó la capacidad de la nanopartícula para destruir bacterias. En un plato, eliminaron múltiples tipos comunes de bacterias infecciosas y destruyeron sus biopelículas. El tratamiento parecía relativamente seguro. Las pruebas en células pulmonares fetales humanas en una placa encontraron signos mínimos de toxicidad.
Sorprendentemente, el propio portador también podría destruir bacterias. Dentro de un ambiente ácido, su carga positiva descomponía las membranas bacterianas. Como globos reventados, los insectos liberaron material genético a su entorno, que el portador recogió.
Apagar el fuego
Las infecciones bacterianas en los pulmones atraen células inmunitarias hiperactivas, lo que provoca hinchazón. Los vasos sanguíneos que rodean los alvéolos también se vuelven permeables, lo que facilita el paso de moléculas peligrosas. Estos cambios causan inflamación, lo que dificulta la respiración.
En un modelo de ratón con EPOC, el tratamiento con nanopartículas inhalables silenció el sistema inmunológico hiperactivo. Múltiples tipos de células inmunitarias volvieron a un nivel saludable de activación, lo que permitió a los ratones pasar de un perfil altamente inflamatorio a uno que combate las infecciones y la inflamación.
Los ratones tratados con la nanopartícula inhalable tenían aproximadamente un 98 por ciento menos de bacterias en sus pulmones, en comparación con los que recibieron el mismo antibiótico sin el portador.
Eliminar las bacterias dio a los ratones un suspiro de alivio. Respiraron más tranquilos. Sus niveles de oxígeno en sangre aumentaron y la acidez de la sangre, un signo de oxígeno peligrosamente bajo, volvió a la normalidad.
Bajo el microscopio, los pulmones tratados restauraron estructuras normales, con sacos de aire más resistentes que se recuperaron lentamente del daño de la EPOC. Los ratones tratados también tenían menos inflamación en los pulmones debido a la acumulación de líquido que se observa comúnmente en las lesiones pulmonares.
Los resultados, aunque prometedores, son sólo para un modelo de EPOC relacionado con el tabaquismo en ratones. Todavía hay mucho que no sabemos sobre las consecuencias a largo plazo del tratamiento.
Aunque por ahora no hay signos de efectos secundarios, es posible que las nanopartículas se acumulen dentro de los pulmones con el tiempo y causen daños. Y aunque el propio portador daña las membranas bacterianas, la terapia se basa principalmente en el antibiótico encapsulado. Con Resistencia antibiótica En aumento, algunos medicamentos ya están perdiendo efecto para la EPOC.
Luego existe la posibilidad de que se produzcan daños mecánicos con el tiempo. La inhalación repetida de nanopartículas a base de silicio podría provocar cicatrices en los pulmones a largo plazo. Entonces, si bien las nanopartículas podrían cambiar las estrategias para el manejo de la EPOC, está claro que necesitamos estudios de seguimiento, escribió el equipo.
Crédito de la imagen: luz cristalina / Shutterstock.com
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- Fuente: https://singularityhub.com/2024/02/12/an-antibiotic-you-inhale-can-deliver-medication-deep-into-the-lungs/
