¿Existen trucos para que las bacterias absorban nanopartículas?

Varios tipos de nanopartículas, a saber, liposomas , nanopartículas poliméricas , nanopartículas lipídicas sólidas , dendrímeros , parecen ser absorbidas por bacterias. Estas estructuras se han explorado principalmente por su capacidad para administrar antibióticos de manera más eficiente. Destaco los pocos estudios que compararon directamente la absorción / actividad bacteriana de la carga ‘nanoparticulada’ versus la carga sola. Los detalles clave que mejoran la captación de nanopartículas bacterianas están en cursiva.

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Liposomas
Los liposomas son pequeñas vesículas esféricas con paredes de bicapa de fosfolípidos, generalmente compuestas por un lípido anfipático tal como fosfatidilcolina. La incorporación de colesterol aumenta la rigidez de la membrana. Los liposomas encapsulan un espacio acuoso que varía de aproximadamente 30 a 10000 nm de diámetro.

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Los liposomas se fusionan directamente con las membranas bacterianas, liberando sus contenidos dentro de las membranas de las células bacterianas o en su interior. Esto puede mejorar el suministro de antibióticos a las células bacterianas, los mecanismos de resistencia a los medicamentos bacterianos de paso lateral como la impermeabilidad de la membrana bacteriana / baja permeabilidad o los sistemas de flujo de salida (3).

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Las formulaciones de liposomas catiónicos se unen más eficazmente a las bacterias asociadas a la piel, Staphylococcus epidermidis y Proteus vulgaris (4).

El ácido oleico encapsulado en liposomas era bactericida contra MRSA a una concentración 12 veces menor (5) en comparación con el ácido oleico libre.

La polimixina B o la vancomicina encapsulada en liposomas y la teichoplanina tuvieron una mejor actividad antibacteriana contra Pseudomonas aeruginosa y MRSA resistentes a los fármacos, respectivamente (1). Estos liposomas también causaron la deformación de los lípidos de la membrana bacteriana lo que sugiere que se fusionaron con ella.

Propionibacterium acnes asociado a la piel ( P. acnes ). El ácido láurico, un ácido graso libre, mostró una actividad antibacteriana más fuerte en comparación con el ácido palmítico y láurico. Sin embargo, el ácido láurico es poco soluble en agua , lo que limita su uso en el tratamiento del acné. Un estudio de formulación de liposoma de ácido láurico (LipoLA) mostró que se fusionó con membranas de P. acnes , liberando ácido láurico dentro y matando a las bacterias (6).

Liposomas metálicos: cuestiones de metal. El platino, el zinc y el titanio entran en las bacterias, el oro no.
Wang et al realizaron nanoesferas de oro de 16 nm estabilizadas con iones de citrato, que se adhirieron bien con la superficie de Salmonella typhimurium pero no pudieron entrar en la bacteria (7). Una comparación de nanopartículas de oro y platino (8) mostró que la primera interactuó con Salmonella enteritidis pero no entró, mientras que las nanopartículas de platino se observaron dentro de la bacteria .
Utilizando citometría de flujo (9), dispersión dinámica de luz y microscopía electrónica de transmisión (10), Ashutosh et al encontraron que Salmonella typhimurium capta directamente nanopartículas de zinc y titanio .

Detalle clave? Un componente de hígado de mamífero llamado S9 aumenta la absorción de esta nanopartícula de metal por parte de las bacterias . Los estudios experimentales utilizaron la fracción derivada de hígado de rata o ratón S9. ¿Cuál es el papel de esta fracción hepática S9? Podría complementar las enzimas metabólicas como el citocromo P450 (10), mejorar la formación de micelas de nanopartículas que facilitan la captación (11) o servir como recubrimiento de proteínas para las nanopartículas, facilitando de nuevo la absorción (12).

No cubriré las nanopartículas de plata, ya que la plata iónica es en gran medida tóxica para las bacterias y se usa como agente antimicrobiano.

Nanopartículas poliméricas
Zhang, L., y col. (1) describen las ventajas de las nanopartículas poliméricas para la administración de bacterias

1. Son estructuralmente estables y se pueden sintetizar con mayor precisión de tamaño.
2. Tienen grupos funcionales que pueden modificarse químicamente . La lectina, una proteína que se une a los carbohidratos de la pared celular bacteriana, se utiliza con frecuencia para la administración antimicrobiana dirigida de nanopartículas poliméricas. Las nanopartículas poliméricas conjugadas con lectina que contienen gliadina se unen específicamente a los receptores de carbohidrato de la pared celular de Helicobacter pylori y liberan el agente antimicrobiano en la bacteria (13).

Zhang et al describen dos tipos principales de nanopartículas poliméricas para el suministro de fármacos antimicrobianos. Uno se forma a través del autoensamblaje espontáneo de copolímeros dibloque que consisten en partes hidrófilas e hidrófobas. La parte hidrofóbica forma el núcleo polimérico que contiene la carga mientras que la parte hidrofílica protege al núcleo de la degradación. La longitud de la cadena hidrofóbica controla la velocidad de liberación de la carga. Polímeros biodegradables como poli (ácido láctico) (PLA), poli (ácido glicólico) (PGA), poli (láctido-co-glicólido) (PLGA), poli (? -carprolactona) (PCL) y poli (cianoacrilato) ) (PCA) se utilizan para formar el núcleo polimérico hidrofóbico, mientras que el polietilenglicol (PEG) se usa más comúnmente como la parte hidrofílica. La naturaleza hidrofóbica del núcleo de nanopartículas permite que las nanopartículas poliméricas transporten y entreguen cargas poco solubles en agua .

En el otro tipo de nanopartículas poliméricas, polímeros lineales tales como polialquil acrilatos y polimetil metacrilatos forman nanocápsulas por polimerización en emulsión. La carga, los antibióticos, por ejemplo, se absorben o se conjugan covalentemente con la superficie de las nanopartículas. La advertencia con un enlace covalente es la necesidad de evaluar empíricamente caso por caso si el enlace inactiva la actividad de carga. Por ejemplo, Abeylath y col. Encontraron que el enlace covalente inactivaba la penicilina, pero no la beta-lactama ni la ciprofloxacina (14).

Las nanopartículas que usan poli (láctido-co-glicólido) [PLGA] cargadas con antibióticos como gentamicina (15), azitromicina y claritromicina (16, 17) fueron más efectivas que el antibiótico intacto correspondiente contra Salmonella typhimurium. Es posible que esto se deba a que tales nanopartículas se adhieren mejor a la bacteria. Dillen et al informaron la adhesión de PLGA que contienen nanopartículas Eudragit catiónicas a S. aureus (18). Las paredes celulares bacterianas tienden a estar cargadas negativamente (19) por lo que explotar tales interacciones electrostáticas ayuda a la absorción de nanopartículas bacterianas (20). El PLGA tiene muchas otras ventajas, incluyendo baja toxicidad, flexibilidad de carga, síntesis simple, ingeniería de precisión para propiedades de superficie (20).

Nanopartículas lipídicas sólidas
Lípidos + surfactantes para emulsificación. Los lípidos pueden ser ácidos grasos libres tales como ácidos palmítico, decanoico o behénico, o triglicéridos tales como trilaurina, trimiristina o tripalmitina, o esteroides como el colesterol. Los emulsionantes incluyen lecitina de soja, fosfatidilcolina. Las nanopartículas sólidas de lípidos tienen muchas ventajas sobre otras nanopartículas, incluida una mayor estabilidad de la carga, se pueden cargar cargas hidrófilas y lipofílicas, sin necesidad de disolventes orgánicos, mayor precisión en la liberación controlada de carga y objetivos, y producción a granel mejorada.

Dendrímero
Un dendrímero es una estructura polimérica con una relación superficie-volumen mejorada debido a la extensa ramificación alrededor de una unidad central. Cuando un dendrímero tiene una alta concentración de compuestos de amonio cuaternario con carga positiva en su superficie, se unen de manera más eficiente a las paredes de las células microbianas con carga negativa . Esto aumenta la permeabilidad de la membrana bacteriana, dejando más dendrímeros dentro de la bacteria (1, 21).

No pude encontrar un solo estudio que comparara directamente la carga frente a la absorción de carga de nanopárticidas sólidas de nanopartículas lipídicas o encapsuladas con dendrímeros por bacterias.

Bibliografía

1. Zhang, L., y col. “Desarrollo de nanopartículas para la administración de medicamentos antimicrobianos”. Química médica actual 17.6 (2010): 585-594 Página en ucsd.edu
2. Nokhodchi, Ali, Ghobad Mohammadi y Taravat Ghafourian. Herramientas de nanotecnología para la entrega eficiente de antibacterianos a Salmonella . Página de INTECH Open Access Publisher, 2012 en intechweb.org
3. Mugabe, Clement, et al. “Mecanismo de actividad potenciada de aminoglucósidos atrapados en liposomas contra cepas resistentes de Pseudomonas aeruginosa”. Agentes antimicrobianos y quimioterapia 50.6 (2006): 2016-2022 Mecanismo de actividad potenciada de aminoglucósidos atrapados en liposomas frente a cepas resistentes de Pseudomonas aeruginosa
4. Robinson, Anne M., y col. “La interacción de los liposomas de fosfolípidos con biofilms bacterianos mixtos y su uso en la administración de bactericidas”. Coloides y superficies A: aspectos fisicoquímicos y de ingeniería 186.1 (2001): 43-53.
5. Huang, Chun-Ming, y col. “Erradicación de Staphylococcus aureus resistente a los medicamentos por los ácidos oleicos liposomales”. Biomateriales 32.1 (2011): 214-221 Página en nih.gov
6. Yang, Darren, et al. “La actividad antimicrobiana de los ácidos láuricos liposomales contra Propionibacterium acnes”. Biomaterials 30.30 (2009): 6035-6040. Página en nih.gov
7. Wang, Shuguang, et al. “Efectos tóxicos de las nanopartículas de oro sobre la bacteria Salmonella typhimurium”. Toxicología y salud industrial (2011): 0748233710393395 Página en nih.gov
8. Sawosz, Ewa, et al. “Visualización de nanopartículas de oro y platino que interactúan con Salmonella enteritidis y Listeria monocytogenes”. Revista internacional de nanomedicina 5 (2010): página 631 en nih.gov
9. Kumar, Ashutosh, y col. “Un método de citometría de flujo para evaluar la absorción de nanopartículas en bacterias”. Citometría Parte A 79.9 (2011): 707-712 Página en wiley.com
10. Kumar, Ashutosh, y col. “La captación celular y el potencial mutagénico de las nanopartículas de óxido metálico en las células bacterianas”. Chemosphere 83.8 (2011): 1124-1132 Página en researchgate.net
11. Sereemaspun, A., et al. “Inhibición de las enzimas del citocromo P450 humano por nanopartículas metálicas: un preliminar a la nanogenómica”. International Journal of Pharmacology 4.6 (2008).
12. Romberg, Birgit, Wim E. Hennink y Gert Storm. “Recubrimientos lavables para nanopartículas de circulación larga”. Pharmaceutical research 25.1 (2008): 55-71 Revestimientos arrojables para nanopartículas de circulación larga
13. Umamaheshwari, RB y NK Jain. “Orientación mediada por receptor de nanopartículas de gliadina conjugadas a lectina en el tratamiento de Helicobacter pylori”. Journal of drug targeting 11.7 (2003): 415-424.
14. Abeylath, Thotaha Wijayahewage Sampath Chrysantha. “Glyconanobiotics: Nuevos polímeros de nanopartículas carbohidratadas”. (2007) http://scholarcommons.usf.edu/cg…
15. Ranjan, Ashish, y col. “Eficacia antibacteriana de las nanoestructuras núcleo-capa que encapsula la gentamicina contra un modelo de Salmonella intracelular in vivo”. Revista internacional de nanomedicina 4 (2009): página 289 en nih.gov
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18. Dillen, Kathleen, et al. “Adherencia de nanopartículas de PLGA o Eudragit® / PLGA a Staphylococcus y Pseudomonas”. Revista Internacional de Farmacia 349.1 (2008): 234-240.
19. Al-Kobaisi, Muhannad F. “Jawetz, Melnick & Adelberg’s Medical Microbiology”. Sultan Qaboos University Medical Journal 7.3 (2007): 273.
20. Radovic-Moreno, Aleksandar F., et al. “Nanopartículas poliméricas de conmutación de carga superficial para la administración de antibióticos dirigida a la pared celular bacteriana”. ACS nano 6.5 (2012): 4279-4287 Página en nih.gov
21. Huh, Ae Jung y Young Jik Kwon. “Nanoantibióticos”: un nuevo paradigma para tratar enfermedades infecciosas con nanomateriales en la era de la resistencia a los antibióticos “. Journal of Controlled Release 156.2 (2011): 128-145.

Gracias por el A2A, Justin Dragna.