La cronificación de heridas es un importante problema de salud que afecta a casi 2 millones de personas en Europa. La principal causa de que estas heridas no cicatricen es la presencia de comunidades polimicrobianas que forman una matriz extracelular que las protege de los agentes antimicrobianos y células de nuestro sistema inmune dando lugar a una organización tridimensional conocida como biofilm.
Un estudio liderado por Alba Rubio Canalejas, investigadora del IBEC, y Eduard Torrents, investigador del IBEC y de la Universidad de Barcelona, en colaboración con el Instituto Jozef Stefan en Eslovenia, describe el diseño de un tratamiento innovador basado en el uso de nanopartículas de plata optimizadas con enzimas y dos antibióticos combinados, que es altamente efectivo contra los biofilms. La investigación, publicada en la revista Frontiers in Microbiology, trata concretamente sobre los biofilms producidos por la infección dual de las bacterias Pseudomonas aeruginosa y Staphylococcus aureus, dos microorganismos muy comunes en este tipo de heridas.
Enzimas y antibióticos combinados contra biofilms microbianos
Los biofilms son estructuras formadas por bacterias patógenas y una matriz que las envuelve, hecha de polisacáridos, proteínas, lípidos y ADN extracelular, que dificulta la difusión de antibióticos e impide el tratamiento de la herida.
“Es necesario investigar terapias que mejoren la penetrabilidad y eficacia de los antimicrobianos en esta situación”, explica Torrents. “Se sabe que la plata, por ejemplo, tiene propiedades antimicrobianas. Decidimos usar nanopartículas de plata, optimizadas con distintas enzimas, para ver cuáles de ellas eran más efectivas para deshacer la matriz que forman P. aeruginosa y S. aureus”. Los investigadores demostraron que el tratamiento con nanopartículas de plata optimizadas con la enzima DNAsa I reducía la capacidad para multiplicarse de P. aeruginosa en un 99,98% y la de S. aureus en un 92,3% en un modelo de herida in vitro.
Una vez abierta la matriz, la utilización de más de un antibiótico a la vez resultó ser un factor clave para acabar con la infección. Según explica Rubio-Canalejas, “estas dos bacterias tienen una relación compleja en la naturaleza, donde pueden ser competitivas, debido a los exoproductos producidos por P. aeruginosa que suprimen el crecimiento de S. aureus. Sin embargo, en el contexto de los biofilms, establecen sinergias y en lugar de competir, colaboran. La infección dual aumenta su resistencia y tolerancia a los antimicrobianos, lo que permite que colonicen el tejido e impidan la curación de la herida”. Los investigadores descubrieron que el uso de un único tipo de fármaco afectaba de forma diferente a cada especie de bacteria. El antibiótico ciprofloxacina hacía que P. aeruginosa superara a S. aureus y la gentamicina provocaba el efecto contrario. Sin embargo, una terapia dual que combinaba ambos compuestos permitió reducir las poblaciones de ambas especies.
“Hay muy poca bibliografía sobre cómo se distribuyen las bacterias dentro de los biofilms polimicrobianos. Descubrir cómo se organizan puede ser de gran ayuda para mejorar futuros tratamientos. Eduard Torrents
Por otra parte, los investigadores estudiaron la composición interna del biofilm, representando, por primera vez, un esquema general de cómo se distribuyen las bacterias en el espacio tridimensional. “Vimos que S. aureus forma agregados en la parte más interna del biofilm, protegiéndose así de P. aeruginosa y, a la vez, permitiendo que ambas convivan y empeoren cualquier tipo de infección”, explica Torrents.
En conclusión, el estudio abre una nueva vía para entender mejor los biofilms y diseñar tratamientos clínicos que combinen enzimas y antibióticos, esenciales para eliminar las infecciones en las heridas crónicas.
Imagen: Eduard Torrents en su laboratorio en el IBEC.
Artículo de referencia:
Alba Rubio-Canalejas, Aida Baelo, Sara Herbera, Núria Blanco-Cabra, Marija Vukomanovic y Eduard Torrents. 3D spatial organización and improved antibiotic treatment of a Pseudomonas aeruginosa–Staphylococcus aureus wound biofilm by nanoparticle enzime delivery. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.959156
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