La investigación, en la que ha participado el científico de la URV Vladimir Baulin, abre la puerta al desarrollo de nuevos materiales bactericidas como alternativa al uso de antibióticos

Encontrar alternativas a los antibióticos es uno de los grandes retos de la comunidad investigadora. Las bacterias son cada vez más resistentes a estos fármacos y esta resistencia hace que cada año pierdan la vida más de 25.000 personas en todo el mundo. Ahora, un equipo multidisciplinar formado por investigadores de la Universitat Rovira i Virgili, la Universidad de Grenoble (Francia), la Universidad de Saarland (Alemania) y la Universidad RMIT (Australia) han descubierto que la deformación mecánica de bacterias es un mecanismo de toxicidad que permite matar bacterias con nanopartículas de oro. Los resultados de esta investigación se acaban de publicar en la revista científica Advanced Materials y suponen un paso adelante a la hora de comprender los efectos antibacterianos de las nanopartículas para tratar de encontrar nuevos materiales con propiedades bactericidas.

Desde la época del antiguo Egipto, el uso del oro se ha ido extendiendo a lo largo de las diferentes etapas de la historia para múltiples aplicaciones médicas, y más recientemente como elemento para diagnosticar y tratar enfermedades como el cáncer. Esto se debe a que el oro es un material químicamente inerte, es decir, que no reacciona ni apenas se altera al entrar en contacto con algún organismo. Entre la comunidad científica las nanopartículas de oro son conocidas por su capacidad de visualización de tumores y también en nanomedicina.

Esta nueva investigación muestra que estas nanopartículas químicamente inertes no son inofensivas para las bacterias y pueden matarlas gracias a un mecanismo físico que deforma su pared celular. Para demostrarlo, los investigadores han sintetizado en el laboratorio nanopartículas de oro con forma casi esférica y otras en forma de estrellas, pero todas ellas uniformes de tamaño: unos 100 nanómetros (unas 8 veces más pequeñas que el diámetro de un cabello). El grupo investigador analizó cómo estas partículas interaccionan con bacterias vivas. «Observamos que las bacterias se deforman como si se aspirara el aire del interior de un balón, y acaban muriendo ante la presencia de estas nanopartículas», explica Vladimir Baulin, investigador del Departamento de Ingeniería Química de la URV. Los investigadores apuntan a que la muerte bacteriana parecía haberse producido tras una fuga masiva, «como si la pared celular de las bacterias hubiera explotado de forma espontánea», detalla el investigador.

Los científicos propusieron un mecanismo físico que explicara el motivo de esta muerte bacteriana. Para ello, se basaron en una simulación numérica y analizaron cómo una capa homogénea de nanopartículas individuales puede aplicar una tensión mecánica tan importante a la pared celular de bacterias que termina por romperla debido a una acción que se asemejaría a un estiramiento, como un globo inflado que es aspirado desde diferentes puntos hasta que acaba explotando.

Para confirmar esta hipótesis, los investigadores fabricaron un modelo artificial de membrana celular bacteriana, y evaluaron cuál era su respuesta cuando entraba en contacto con las mismas nanopartículas de oro de 100 nm. «Observamos que el modelo se autocontrajo de forma espontánea hasta que colapsó completamente, y esto validó la hipótesis de que se debió a un estiramiento mecánico aplicado por las nanopartículas en la membrana celular de las bacterias», apunta Baulin.

Este descubrimiento, que se ha comprobado tanto en el modelo bacteriano desarrollado en laboratorio como en el sistema bacteriano real, sugiere que se puede aplicar el mismo mecanismo a una amplia gama de nanopartículas. El resultado de este trabajo puede proporcionar nuevas guías utilizar materiales antibacterianos universales basados en principios físicos.

Referencia bibliográfica: Denver P. Linklater, Vladimir baules, Xavier Le Guével, Jean-Baptiste Fleury, Eric Hanssen, The Hong Phong Nguyen, Saulius Juodkazis, Gary Bryant, Russell J. Crawford, Paul Stoodley i Elena P. Ivanova. Advanced Materials. «Antibacterià Action of nanoparticles by Lethal Stretching of Bacterial Cell Membranes» https://doi.org/10.1002/adma.202005679