Creen una "píndola viva" que combat les infeccions de pulmó resistents als antibiòtics

Experts en biologia sintètica han dissenyat, per primera vegada, un bacteri que actua com una "píndola viva" al pulmó. El tractament redueix les infeccions pulmonars agudes en ratolins i duplica la taxa de supervivència, segons els resultats de l'estudi fet per investigadors del Centre de Regulació Genòmica (CRG) i Pulmobiotics publicat a la revista Nature Biotechnology

La recerca ataca un dels riscos importants dels pacients intubats a l'UCI, que són les infeccions bacterianes associades a la ventilació mecànica. Són la complicació infecciosa dins els hospitals amb més mortalitat.

Es tracta de pneumònies difícils de tractar perquè el bacteri que les provoca viu en comunitats que formen biopel·lícules, estructures impenetrables que fan que els antibiòtics no siguin efectius.

Com actua?

Aquesta "píndola viva" assetja els bacteris resistents als antibiòtics i els fa vulnerables perquè els medicaments els puguin combatre. Per aconseguir-ho, obre orificis a les parets cel·lulars dels bacteris i crea uns punts d'entrada fonamentals perquè els antibiòtics els puguin envair i eliminar infeccions a l'origen.

Maria Lluch Senar, directora científica de Pulmobiotics, ho explica així: "Els bacteris són capaços de sacrificar-se alguns d'ells per morir i formar com un teixit i una manta cada vegada més opaca, i això fa que aquests forats es vagin tancant, tancant, i cada vegada siguin més petits els porus per on puguin accedir les teràpies."

El tractament que s'ha provat amb èxit en aquest estudi amb ratolins es dirigeix específicament contra les infeccions de "Pseudomonas aeruginosa", un tipus de bacteri que és naturalment resistent a molts tipus d'antibiòtics i una font comuna d'infeccions als hospitals.

En aquest cas, s'ha utilitzat una versió modificada del bacteri "Mycoplasma pneumoniae", s'ha eliminat la seva capacitat patògena i se l'ha adaptat perquè ataqui "P. aeruginosa". El bacteri modificat s'ha administrat en combinació amb dosis baixes d'antibiòtics que no serien eficaços per si sols.

L'assaig ha aconseguit dissoldre les biopel·lícules que s'acumulen a la superfície dels tubs endotraqueals de pacients amb pneumònia associada al ventilador, la principal causa de mortalitat hospitalària.

L'ús d'aquest tractament en ratolins ha reduït significament les infeccions pulmonars i ha duplicat la taxa de supervivència d'aquests rosegadors en comparació amb l'opció de no administrar la "píndola viva" davant de la mateixa infecció.

A més, l'administració d'una sola dosi alta de tractament no ha comportat signes de toxicitat als pulmons i el mateix sistema immune innat ha eliminat els bacteris modificats en un període de quatre dies.

Tractaments a mida de la infecció a combatre

La recerca obre la porta per dissenyar diferents ceps de la "píndola viva" que puguin abordar altres tipus de malalties respiratòries com el càncer de pulmó, l'asma o la fibrosi pulmonar.

El grup de recerca del Centre de Regulació Genòmica que ha dissenyat aquest tractament també investiga noves proteïnes que poden ser administrades amb la "píndola viva".

L'estudi ha estat liderat pel Centre de Regulació Genòmica (CRG) i Pulmobiotics, en col·laboració amb l'Institut d'Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS), l'Hospital Clínic de Barcelona i l'Instituto de Agrobiotecnología (IdAB), un institut de recerca del CSIC i el govern de Navarra.

Infeccions hospitalàries molt resistents als antibiòtics

Les infeccions causades per "Pseudomonas aeruginosa" són difícils de tractar perquè el bacteri viu en comunitats que formen biopel·lícules. Les biopel·lícules poden adherir-se a diverses superfícies del cos i formar estructures impenetrables que escapen a l'abast dels antibiòtics.

Les biopel·lícules de "P. aeruginosa" creixen a la superfície dels tubs endotraqueals utilitzats per pacients en estat crític, els quals, per tant, requereixen ventiladors mecànics per respirar.

"M. pneumoniae" s'ha dissenyat per dissoldre biopel·lícules. L'equip científic ha modificat el bacteri per proporcionar-li la capacitat de produir diverses molècules, incloses les piocines, toxines produïdes naturalment pels bacteris per matar o inhibir el creixement de diverses soques de Pseudomonas.

Per provar-ne eficàcia, van recollir biopel·lícules de "P. aeruginosa" dels tubs endotraqueals de pacients en unitats de cures intensives. En aplicar-los el tractament, van veure que el medicament travessa la barrera i dissol amb èxit les biopel·lícules, com ha explicat la doctora Maria Lluch, investigadora de la UIC, directora científica de Pulmobiotics i coautora principal de l'estudi:

"Hem desenvolupat un ariet que assetja els bacteris resistents als antibiòtics i elimina les infeccions a l'origen. Creiem que és una nova estratègia prometedora per abordar la principal causa de mortalitat hospitalària."

Es preveu administrar el tractament amb un nebulitzador, un dispositiu que transforma el medicament líquid en una boira que s'inhala a través d'un broquet o d'una màscara, però encara s'han de fer més proves abans d'arribar a la fase d'assajos clínics.

Vint anys d'investigacions

El bacteri utilitzat en aquest estudi, "Mycoplasma pneumoniae", és una de les espècies de bacteris més petites conegudes. Amb només 684 gens i sense paret cel·lular, la seva relativa simplicitat el fa ideal per a l'enginyeria biològica en aplicacions específiques, com ha explicat el doctor Luis Serrano, director del CRG, que ja fa 20 anys que va tenir la idea de modificar-los i fer-los servir com a "píndola viva" per combatre diverses malalties:

"El bacteri es pot modificar amb una varietat de càrregues actives diferents, ja siguin citocines, nanoanticossos o defensines. L'objectiu és diversificar l'arsenal del bacteri modificat i alliberar el seu potencial en el tractament d'una varietat de malalties complexes."

Un dels avantatges d'emprar "M. pneumoniae" per tractar malalties respiratòries és que s'adapta naturalment al teixit pulmonar. Després d'administrar el bacteri modificat, viatja directament a l'origen d'una infecció respiratòria, on s'estableix com a una fàbrica temporal i produeix una varietat de molècules terapèutiques.

En demostrar que "M. pneumoniae" pot abordar les infeccions al pulmó, l'estudi obre la porta al desenvolupament de noves soques del bacteri per abordar altres tipus de malalties respiratòries com el càncer de pulmó i l'asma.

Píndoles vives, també, per combatre inflamacions

A més de dissenyar la "píndola viva", el laboratori del doctor Serrano també està treballant en noves proteïnes que es puguin administrar amb el mateix bacteri modificat per atacar la inflamació causada per les infeccions per "P. aeruginosa".

Tot i que la inflamació és una resposta natural del cos quan reacciona a una infecció, quan és excessiva o prolongada en el temps pot fer malbé el teixit pulmonar.

La resposta inflamatòria està orquestrada pel sistema immune, que allibera proteïnes mediadores com les citocines. Un tipus de citocina, l'IL-10, té propietats antiinflamatòries ben conegudes, fet que, per tant, fa que sigui de creixent interès terapèutic.

Segons una recerca publicada a la revista Molecular Systems Biology, el grup de recerca del doctor Serrano va utlitzar ModelX i FoldX, dos programes informàtics per al disseny de proteïnes, per crear noves versions d'IL-10 optimitzades per al tractament de la inflamació. Aquestes noves citocines tenen noves propietats que milloren la seva eficiència i afinitat.

L'equip científic ha dissenyat soques d'"M. pneumoniae" que expressen aquestes noves citocines i han provat la seva eficàcia en els pulmons de ratolins amb infeccions agudes per "P. aeruginosa".

La prova ha demostrat que les versions dissenyades d'IL-10 són significativament més efectives per reduir la inflamació que la citocina IL-10 natural.

Ariadna Montero Blay, coautora principal de l'estudi a Molecular Systems Biology, afegeix que altres malalties pulmonars, com l'asma o la fibrosi pulmonar, també podrien beneficiar-se d'aquest tractament.