Esa persistente infección del pie de atleta que aproximadamente el 70% de las personas contraen en algún momento de su vida podría volverse mucho más fácil de eliminar gracias a los taladros a nanoescala activados por luz visible.
Las máquinas moleculares desarrolladas por el químico James Tour de la Universidad de Rice y sus colaboradores han demostrado su eficacia contra las bacterias infecciosas y las células cancerosas resistentes a los antibióticos, y son igual de eficaces para combatir los hongos infecciosos, según un nuevo estudio publicado en Advanced Science.
Basadas en el trabajo del premio Nobel Bernard Feringa, las máquinas moleculares del grupo Tour son compuestos a nanoescala cuya cadena de átomos en forma de paleta se mueve en una sola dirección cuando se exponen a la luz visible. Esto provoca un movimiento de perforación que permite a las máquinas perforar la superficie de las células, matándolas.
«El Dr. Tour planteó la cuestión de si también pueden matar hongos, algo que nunca antes se había explorado», dijo la coautora principal Ana Santos, exalumna de Rice que actualmente es becaria posdoctoral global Marie Curie en la Fundación Instituto de Investigación Sanitaria Islas. Baleares en España. “Nuestro estudio es el primero en demostrar que, de hecho, estas moléculas también pueden ser efectivas contra los hongos”.
Las infecciones fúngicas representan una amenaza particular para los pacientes con un sistema inmunitario debilitado, como los pacientes con cáncer y los receptores de trasplantes. El costo del tratamiento de infecciones bacterianas solo en los EE. UU. se estima en más de $ 7 mil millones por año.
El COVID-19 ha empeorado las cosas. Los inmunosupresores se usaron ampliamente al principio de la pandemia para reducir el riesgo de daño a largo plazo en los órganos causado por un sistema inmunitario hiperactivo en respuesta al virus, una táctica que permitió que proliferaran las infecciones fúngicas.
«Después de esa primera ola de la pandemia, los médicos comenzaron a ver un aumento en los casos de mucormicosis u ‘hongo negro’, una infección fúngica normalmente rara que causa una enfermedad similar a la neumonía, como resultado del uso excesivo de medicamentos inmunosupresores. ”, dijo Santos. «Queremos desarrollar una forma de combatir las infecciones fúngicas que no afecte aún más a un sistema inmunitario debilitado, y esperamos que estas máquinas moleculares puedan ser una forma de hacerlo».
Santos dijo que el uso excesivo de antifúngicos en la agricultura también está contribuyendo a la resistencia en humanos.
«Este es un fenómeno emergente que apenas estamos comenzando a comprender», dijo. «Los antimicóticos se usan en la agricultura para combatir el daño a los cultivos causado por la infestación de hongos. Sin embargo, la mayoría de los medicamentos antimicóticos que se usan en la agricultura también se usan en humanos. Por lo tanto, el uso excesivo de antimicóticos puede generar resistencia no solo en los hongos que causan enfermedades de las plantas, sino también en otros hongos, incluidos los que pueden ser dañinos para los humanos».
A diferencia de la mayoría de los antifúngicos, no se detectó el desarrollo de resistencia a los taladros a nanoescala activados con luz visible. Girando a 2-3 millones de veces por segundo, sus rotores hacen que las células fúngicas se desintegren al interrumpir su metabolismo.
«Solo hay unas pocas clases de antimicóticos en uso clínico», dijo Santos. «Estos antifúngicos convencionales generalmente emplean uno de los pocos mecanismos de acción diferentes, que incluyen inhibir la síntesis de la pared celular fúngica, atacar la membrana celular fúngica o inhibir la producción de ergosterol, que es un componente esencial para la estructura normal de la membrana celular fúngica.
«Nuestras moléculas se diferencian de los antifúngicos convencionales en que se dirigen específicamente a lo que llamamos las centrales eléctricas de la célula, es decir, las mitocondrias», continuó. Las mitocondrias son responsables de producir trifosfato de adenosina o ATP, que impulsa el metabolismo celular.
«Al apuntar a las mitocondrias, nuestras moléculas interrumpen el metabolismo de la célula, lo que resulta en un desequilibrio energético general que conduce a un flujo descontrolado de agua e iones como el calcio hacia la célula, lo que eventualmente hace que la célula explote», explicó Santos.
Tour es profesor de química TT y WF Chao y profesor de ciencia de materiales y nanoingeniería. El estudiante graduado de Rice, Jacob L. Beckham, es coautor principal del estudio junto con Santos.
El programa Horizonte 2020 de la Unión Europea (843116), el Programa de Becas de Investigación para Graduados de la Fundación Nacional de Ciencias, el Instituto Discovery, la Fundación Robert A. Welch (C-2017-20190330) y el Laboratorio de Investigación del Ejército DEVCOM (W911NF-19-2-0269) , W911NF-18-2-0234) apoyó la investigación.
