Infecciones causadas por hongos, como Candida albicanssuponen un importante riesgo para la salud mundial debido a su resistencia a los tratamientos existentes, tanto que la Organización Mundial de la Salud lo ha destacado como un tema prioritario.
Aunque los nanomateriales se muestran prometedores como agentes antifúngicos, las iteraciones actuales carecen de la potencia y la especificidad necesarias para un tratamiento rápido y específico, lo que lleva a tiempos de tratamiento prolongados y posibles efectos secundarios y resistencia a los medicamentos.
Ahora, en un desarrollo innovador con implicaciones de gran alcance para la salud mundial, un equipo de investigadores dirigido conjuntamente por Hyun (Michel) Koo de la Facultad de Medicina Dental de la Universidad de Pensilvania y Edward Steager de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Penn ha creado un sistema microrobótico capaz de una eliminación rápida y específica de patógenos fúngicos.
«Candidae forma infecciones de biopelículas tenaces que son particularmente difíciles de tratar», dice Koo. «Las terapias antimicóticas actuales carecen de la potencia y la especificidad necesarias para eliminar estos patógenos de forma rápida y eficaz, por lo que esta colaboración se basa en nuestro conocimiento clínico y combina el equipo de Ed y su experiencia en robótica para ofrecer un nuevo enfoque».
El equipo de investigadores forma parte del Centro de Innovación y Odontología de Precisión de Penn Dental, una iniciativa que aprovecha los enfoques computacionales y de ingeniería para descubrir nuevos conocimientos para la mitigación de enfermedades y avanzar en la innovación en el cuidado de la salud oral y craneofacial.
Para este artículo, publicado en Materiales avanzados, los investigadores aprovecharon los avances recientes en nanopartículas catalíticas, conocidas como nanozimas, y construyeron sistemas robóticos en miniatura que podían apuntar con precisión y destruir rápidamente las células fúngicas. Lo lograron mediante el uso de campos electromagnéticos para controlar la forma y los movimientos de estos microrobots de nanozimas con gran precisión.
«Los métodos que usamos para controlar las nanopartículas en este estudio son magnéticos, lo que nos permite dirigirlos al lugar exacto de la infección», dice Steager. «Usamos nanopartículas de óxido de hierro, que tienen otra propiedad importante, a saber, que son catalíticas».
El equipo de Steager desarrolló el movimiento, la velocidad y la formación de nanozimas, lo que dio como resultado una actividad catalítica mejorada, muy parecida a la enzima peroxidasa, que ayuda a descomponer el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno. Esto permite directamente la generación de grandes cantidades de especies reactivas de oxígeno (ROS), compuestos que han demostrado propiedades destructoras de biopelículas, en el sitio de la infección.
Sin embargo, el elemento verdaderamente pionero de estos ensamblajes de nanozimas fue un descubrimiento inesperado: su fuerte afinidad de unión a las células fúngicas. Esta característica permite una acumulación localizada de nanozimas precisamente donde residen los hongos y, en consecuencia, la generación de ROS dirigida.
«Nuestros ensamblajes de nanozimas muestran una increíble atracción por las células fúngicas, particularmente cuando se comparan con las células humanas», dice Steager. «Esta interacción de unión específica allana el camino para un efecto antifúngico potente y concentrado sin afectar otras áreas no infectadas».
Junto con la maniobrabilidad inherente de la nanozima, esto da como resultado un potente efecto antifúngico, lo que demuestra la rápida erradicación de las células fúngicas en una ventana sin precedentes de 10 minutos.
De cara al futuro, el equipo ve el potencial de este enfoque robótico único basado en nanozimas, ya que incorpora nuevos métodos para automatizar el control y la entrega de nanozimas. La promesa que tiene para la terapia antimicótica es solo el comienzo. Su orientación precisa y acción rápida sugieren potencial para tratar otros tipos de infecciones persistentes.
«Hemos descubierto una poderosa herramienta en la lucha contra las infecciones por hongos patógenos», dice Koo. «Lo que hemos logrado aquí es un avance significativo, pero también es solo el primer paso. Las propiedades magnéticas y catalíticas combinadas con una especificidad de unión inesperada a los hongos abren oportunidades emocionantes para un mecanismo antifúngico automatizado de ‘objetivo, unión y muerte'». Estamos ansiosos por profundizar y desbloquear todo su potencial».
Este enfoque robótico abre una nueva frontera en la lucha contra las infecciones fúngicas y marca un punto fundamental en la terapia antifúngica. Con una nueva herramienta en su arsenal, los profesionales médicos y dentales están más cerca que nunca de combatir eficazmente estos difíciles patógenos.
