Cercetătorii IBM și cei din cadrul Institutului de Bioinginerie și Nanotehnologie au prezentat astăzi un hidrogel antimicrobian care poate combate biofilme bolnave și eradica complet bacteriile rezistente la medicamente. Hidrogelul sintetic, care se formează spontan în contact cu temperatura corpului, este un produs biodegradabil, biocompatibil și non-toxic, fiind instrumentul ideal pentru a combate riscuri grave de sănătate cu care se confruntă lucrătorii din spitale, vizitatorii și pacienții. „Aceasta este o abordare complet diferită în lupta împotriva biofilmelor rezistente la medicamente. Comparativ cu capabilitățile moderne ale antibioticelor și hidrogelurilor, această nouă tehnologie are un potențial imens", precizează James Hedrick, Advanced Organic Materials Scientist, IBM Research. „Această nouă tehnologie apare într-un moment crucial, întrucât tehnicile chimice și biologice tradiționale pentru combaterea bacteriilor rezistente la medicamente și infecții constituie o problemă din ce în ce mai mare."
Utilizați în mod tradițional pentru dezinfectarea diferitelor suprafețe, antimicrobienii pot fi găsiți în obiectele de uz casnic, precum alcoolul sau înălbitorul. Cu toate acestea, trecerea de la blaturi infestate, la tratarea de infecții ale pielii sau boli infecțioase ale organismului, se dovedește a fi o provocare, deoarece antibioticele convenționale au devenit din ce în ce mai puțin eficiente și mulți dezinfectanți casnici nu sunt potriviți pentru aplicații biologice.
IBM Research și colaboratorii săi au dezvoltat un hidrogel antimicrobian sintetic remodelabil, compus din 90% apă, care, în cazul în care este comercializat, este ideal pentru creme sau produse terapeutice injectabile pentru vindecarea rănilor, pentru implanturi și acoperirea cicatricilor sau a infecțiilor pielii.
Capabil să colonizeze pe aproape orice țesut sau suprafață, biofilmele microbiene-care sunt grupări de celule bolnave prezente în 80% dintre infecții – persistă la diverse situații din organismul uman, în special la cele asociate cu dispozitivele și echipamentele medicale. Acestea contribuie în mod semnificativ la infecțiile dobândite în spital, care sunt printre primele 5 cauze de deces în Statele Unite, cheltuielile anuale pentru combaterea acestora fiind de 11 miliarde USD.
În ciuda tehnicilor avansate de sterilizare și de asepsie, infecțiile datorate dispozitivelor medicale nu au putut fi eradicate. Acest lucru se datorează, în mare parte, dezvoltării bacteriilor rezistente la medicamente. Potrivit studiului CDC, costurile privind rezistența la antibiotice și medicamente în SUA sunt de aproximativ 20 de miliarde USD anual în centrele de asistență medicală. Totodată, aproximativ 8 milioane de zile suplimentare sunt petrecute în spital.
Prin determinarea precisă a polimerilor, cercetătorii au proiectat macromolecule, structuri moleculare care conțin un număr mare de atomi, care combină solubilitatea apei, încărcare electrică pozitivă și care prezintă caracteristici biodegradabile. Când este amestecat cu apă și încălzit la temperatura corpului, polimerii se auto-asamblează, generând un gel sintetic ușor de manipulat. Această capacitate extrem de eficientă provine din interacțiunile independente de asociere care creează un efect de „moleculă fermoar". Similar cu modul în care dinții unui fermoar se închid, și segmentele scurte de pe noii polimeri se închid, transformând soluția pe bază de apă într-o soluție remodelabilă de hidrogel. Din moment ce acestea prezintă multe caracteristici ale polimerilor solubili în apă, astfel de materiale pot rămâne în același loc în condiții fiziologice în timp ce pot evidenția activitatea antimicrobiană.
Atunci când este aplicat unei suprafețe contaminate, încărcarea electrică pozitivă a hidrogelului atrage toate membranele microbiene încărcate negativ, precum gravitația puternică dintr-o gaură neagră. Cu toate acestea, spre deosebire de majoritatea antibioticelor și hidrogelurilor, care vizează structura internă a bacteriei pentru a preveni răspândirea acestora, acest hidrogel omoară bacteria prin ruperea membranei.
„Am fost nevoiți să dezvoltăm o terapie mai eficientă împotriva bacteriilor din cauza amenințării letale de infectare pe care o prezintă acești microbi, care se deplasează rapid și a lipsei de medicamente antimicrobiene. Utilizarea materialelor polimerice ieftine și versatile pe care le-am dezvoltat împreună cu cei de la IBM, ne permit să lansăm un atac agil, pe mai multe fronturi, împotriva biofilmelor rezistente la medicamente, atac care va contribui la îmbunătățirea rezultatelor medicale și a stării de sănătate", a declarat Dr Yi-Yan Yan, Group Leader, Institute of Bioengineering and Nanotechnology, Singapore.
Programul IBM de nanomedicină a polimerilor – care a pornit în laboratoarelor de cercetare IBM acum patru ani cu misiunea de a îmbunătăți sănătatea umană – are la bază decenii în care s-au dezvoltat în mod tradițional materiale utilizate pentru tehnologiile semiconductoare. Acest avans va extinde scopul IBM și al programului colaborativ IBM, permițând cercetătorilor să dezvolte multiple metode pentru crearea de materiale care au ca scop îmbunătățirea medicinei și descoperirea de medicamente. O colaborare între industrie și institut la această scală reunește resursele a unor instituții științifice de top pentru a aborda provocările complexe de a transforma soluțiile nanomedicinei în realitate.
