La recerca, en què ha participat l'investigador de la URV Vladimir Baulin, obre la porta a crear nous materials bactericides com a alternativa a l'ús d'antibiòtics

Trobar alternatives als antibiòtics és un dels grans reptes de la comunitat investigadora. Els bacteris són cada vegada més resistents a aquests fàrmacs i això fa que cada any perdin la vida més de 25.000 persones a tot el món. Ara, un equip multidisciplinari format per investigadors de la Universitat Rovira i Virgili, la Universitat de Grenoble (França), la Universitat de Saarland (Alemanya) i la Universitat RMIT (Austràlia) han descobert que la deformació mecànica de bacteris és un mecanisme de toxicitat que permet matar-los amb nanopartícules d’or. Els resultats d’aquest treball s’acaben de publicar a la revista científica Advanced Materials i suposen un pas endavant a l’hora d’entendre els efectes antibacterians de les nanopartícules per intentar trobar nous materials amb propietats bactericides.

Des de l’època de l’antic Egipte, l’ús de l’or s’ha anat estenent en les diferents etapes de la història per a diverses aplicacions mèdiques, més recentment com a element per diagnosticar i tractar malalties com el càncer. Això es deu al fet que l’or és un material químicament inert, és a dir, que no reacciona ni amb prou feines s’altera quan entra en contacte amb algun organisme. Entre la comunitat científica, les nanopartícules d’or són conegudes per la seva capacitat per localitzar tumors i també en nanomedicina.

Aquesta nova investigació mostra que aquestes nanopartícules químicament inerts no són inofensives per als bacteris i poden matar-los gràcies a un mecanisme físic que en deforma la paret cel·lular. Per demostrar-ho, els investigadors han sintetitzat al laboratori unes nanopartícules d’or amb forma gairebé esfèrica i d’altres amb forma d’estrelles, però totes uniformes de mida: uns 100 nanòmetres (unes vuit vegades més petites que el diàmetre d’un cabell). El grup investigador va analitzar com aquestes partícules interaccionen amb bacteris vius. “Observem que els bacteris es deformen com si s’aspirés l’aire de l’interior d’una pilota, i acaben morint davant la presència d’aquestes nanopartícules”, explica Vladimir Baulin, investigador del Departament d’Enginyeria Química de la URV. Els científics apunten que la mort bacteriana semblava que s’havia produït després d’una fugida massiva, “com si la paret cel·lular dels bacteris hagués explotat de forma espontània”, detalla l’investigador.

Van proposar un mecanisme físic que expliqués el motiu d’aquesta mort bacteriana. Per fer-ho, es van basar en una simulació numèrica i van analitzar com una capa homogènia de nanopartícules individuals pot aplicar una tensió mecànica tan important a la paret cel·lular de bacteris que acaba per trencar-la a causa d’una acció que s’assemblaria a un estirament, com un globus inflat que és aspirat des de diferents punts fins que explota.

Per confirmar aquesta hipòtesi, els investigadors van fabricar un model artificial de membrana cel·lular bacteriana i van avaluar-ne la resposta quan entrava en contacte amb les mateixes nanopartícules d’or de 100 nm. “Vam observar que el model es va autocontreure de forma espontània fins que va col·lapsar-se completament. Això va validar la hipòtesi que el motiu és un estirament mecànic aplicat per les nanopartícules en la membrana cel·lular dels bacteris”, apunta Baulin.

Aquest descobriment, que s’ha comprovat tant en el model bacterià desenvolupat al laboratori com en el sistema bacterià real, suggereix que es pot aplicar el mateix mecanisme a una àmplia gamma de nanopartícules. El resultat d’aquest treball pot proporcionar noves guies per utilitzar materials antibacterians universals basats en principis físics.

Referència bibliogràfica: 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