Una "vacuna nanoesponja" combate las toxinas del 'Staphylococcus aureus' resistente a la meticilina
03/12/2013 - E.P.
Activa el sistema inmune para bloquear los efectos adversos de la toxina alfa-hemolisina de 'Staphylococcus aureus' resistente a la meticilina tanto en el torrente sanguíneo como en la piel
Ingenieros de la Universidad de California-San Diego, en Estados Unidos, describen la seguridad y eficacia de esta vacuna en la revista Nature Nanotechnology. Las nanoesponjas usadas tienen partículas biocompatibles hechas de un núcleo de polímero envuelto por una membrana glóbulos rojos, que atrapa y detiene la toxina alfa-hemolisina del 'Staphylococcus aureus' resistente a la meticilina (SARM) sin comprometer la integridad estructural de la toxina con calor o procesamiento químico.
Estas nanoesponjas sirven como vacunas capaces de provocar anticuerpos neutralizantes y luchar contra dosis letales de la toxina en modelos experimentales. Las vacunas toxoides protegen contra una toxina o un conjunto de toxinas, en lugar del organismo que produce la toxina, ofreciendo un enfoque prometedor para combatir las infecciones sin depender de los antibióticos, ante el aumento del problema de resistencia a los antibióticos, según sus creadores.
"Con nuestra vacuna toxoide, no tenemos que preocuparnos acerca de la resistencia a los antibióticos. Nos dirigimos directamente a la toxina alfa-hemolisina", subaya Liangfang Zhang, profesor de Nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de la UC San Diego y autor principal del artículo.
Centrarse en la toxina alfa-hemolisina tiene directamente otra ventaja, puesto que estas toxinas crean un entorno tóxico que sirve como un mecanismo de defensa que hace que sea más difícil para el sistema inmunológico combatir las bacterias estafilococos, según Zhang. Además de SARM y otras infecciones por estafilococos, el enfoque de la vacuna nanoesponja podría usarse para diseñar vacunas que protejan contra una amplia gama de toxinas, como las producidas por 'E. Coli' y 'H. Pylori'.
Los expertos de este trabajo realizado en el Laboratorio de Nanomateriales y Nanomedicina de Zhang en la Universidad de California-San Diego, encontraron que la vacuna nanoesponja era segura y más eficaz que las vacunas toxoides hechas de la toxina de estafilococo tratada térmicamente.
Después de una inyección, sólo el 10 por ciento de los sujetos infectados tratados con la vacuna de toxinas de estafilococo diseñada con calor sobrevivió en comparación con el 50 por ciento de los que se les administró la vacuna nanoesponja. Con dos inyecciones más de refuerzo, las tasas de supervivencia con la nanoesponja eran de hasta un cien por cien en comparación con el 90 por ciento con la toxina tratada con calor.
"La vacuna nanoesponja también fue capaz de evitar por completo los daños de la toxina en la piel, donde a menudo se producen infecciones por SARM", destacan los autores.
Este trabajo es un paso más en un proyecto de nanoingenieros que la UC San Diego presentó a principios de este año: una nanoesponja que puede absorber una gran variedad de toxinas formadoras de poros de proteínas bacterianas del veneno de serpiente. Las toxinas formadoras de poros funcionan por los agujeros de perforación en la membrana de una célula, provocando fugas hasta la muerte celular, pero cuando las toxinas atacan la membrana de glóbulos rojos que recubren la nanopartícula, se quedan bloqueadas allí, según Zhang.
Los nanoingenieros se preguntaron qué pasaría si cargaban una de sus nanoesponjas con la toxina de estafilococo y lo presentan a una parte esencial del sistema inmunitario, las llamadas células dendríticas. La toxina del estafilococo es tan poderosa que mata las células inmunes en su forma inalterada y la mayoría de las vacunas candidatas, por lo tanto, utilizan calor o una versión procesada químicamente de la toxina que desentraña algunas de sus proteínas y hace que sea un poco más débil, pero también es menos fuerte la respuesta inmune a la toxina.
"Cuanto más se calienta la toxina, más segura es, pero también, cuanto más se calienta, más se daña la estructura de la proteína, que es lo que reconoce la célula inmune y contra la que construye sus anticuerpos", detalló el principal investigador. Sin embargo, la vacuna nanoesponja toxoide evita este problema al detener, pero no cambiar, la toxina del estafilococo, que puede ser llevada ante las células dendríticas del sistema inmune sin causar ningún daño.
Según Zhang, antes de esto, "no había manera de poder entregar una toxina natural a las células del sistema inmune sin dañar las células, pero esta tecnología permite hacerlo. Cada partícula de la vacuna es de aproximadamente 85 nanómetros de diámetro y se elimina del organismo a las dos semanas de la inyección, como vieron los investigadores.
Las bacterias estafilocócicas son una de las causas más comunes de infecciones de la piel y pueden provocar envenenamiento de la sangre y las infecciones quirúrgicas, así como neumonía. Según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de Estados Unidos, alrededor de 80.000 estadounidenses sufren de infecciones invasivas por SARM cada año y más de 11.000 de ellos mueren.
Por el momento, no hay vacunas aprobadas para proteger a los humanos contra las toxinas asociadas con las infecciones por estafilococos, incluidas las causadas por cepas de SARM. La idea de una vacuna de estafilococo surgió cuando los científicos tuvieron en cuenta el éxito de su nanoesponja y, en cierto modo, la vacuna toxoide se remonta a su primer uso de las partículas como un dispositivo de suministro de medicamentos contra el cáncer, señaló el autor principal.
Las partículas "trabajan tan bien", reconoció Zhang, que podría ser posible detener varias toxinas a la vez en ellas, creando "una sola vacuna contra muchos tipos de toxinas formadoras de poros, desde las de estafilococos al veneno de serpiente.
Estas nanoesponjas sirven como vacunas capaces de provocar anticuerpos neutralizantes y luchar contra dosis letales de la toxina en modelos experimentales. Las vacunas toxoides protegen contra una toxina o un conjunto de toxinas, en lugar del organismo que produce la toxina, ofreciendo un enfoque prometedor para combatir las infecciones sin depender de los antibióticos, ante el aumento del problema de resistencia a los antibióticos, según sus creadores.
"Con nuestra vacuna toxoide, no tenemos que preocuparnos acerca de la resistencia a los antibióticos. Nos dirigimos directamente a la toxina alfa-hemolisina", subaya Liangfang Zhang, profesor de Nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de la UC San Diego y autor principal del artículo.
Centrarse en la toxina alfa-hemolisina tiene directamente otra ventaja, puesto que estas toxinas crean un entorno tóxico que sirve como un mecanismo de defensa que hace que sea más difícil para el sistema inmunológico combatir las bacterias estafilococos, según Zhang. Además de SARM y otras infecciones por estafilococos, el enfoque de la vacuna nanoesponja podría usarse para diseñar vacunas que protejan contra una amplia gama de toxinas, como las producidas por 'E. Coli' y 'H. Pylori'.
Los expertos de este trabajo realizado en el Laboratorio de Nanomateriales y Nanomedicina de Zhang en la Universidad de California-San Diego, encontraron que la vacuna nanoesponja era segura y más eficaz que las vacunas toxoides hechas de la toxina de estafilococo tratada térmicamente.
Después de una inyección, sólo el 10 por ciento de los sujetos infectados tratados con la vacuna de toxinas de estafilococo diseñada con calor sobrevivió en comparación con el 50 por ciento de los que se les administró la vacuna nanoesponja. Con dos inyecciones más de refuerzo, las tasas de supervivencia con la nanoesponja eran de hasta un cien por cien en comparación con el 90 por ciento con la toxina tratada con calor.
"La vacuna nanoesponja también fue capaz de evitar por completo los daños de la toxina en la piel, donde a menudo se producen infecciones por SARM", destacan los autores.
Este trabajo es un paso más en un proyecto de nanoingenieros que la UC San Diego presentó a principios de este año: una nanoesponja que puede absorber una gran variedad de toxinas formadoras de poros de proteínas bacterianas del veneno de serpiente. Las toxinas formadoras de poros funcionan por los agujeros de perforación en la membrana de una célula, provocando fugas hasta la muerte celular, pero cuando las toxinas atacan la membrana de glóbulos rojos que recubren la nanopartícula, se quedan bloqueadas allí, según Zhang.
Los nanoingenieros se preguntaron qué pasaría si cargaban una de sus nanoesponjas con la toxina de estafilococo y lo presentan a una parte esencial del sistema inmunitario, las llamadas células dendríticas. La toxina del estafilococo es tan poderosa que mata las células inmunes en su forma inalterada y la mayoría de las vacunas candidatas, por lo tanto, utilizan calor o una versión procesada químicamente de la toxina que desentraña algunas de sus proteínas y hace que sea un poco más débil, pero también es menos fuerte la respuesta inmune a la toxina.
"Cuanto más se calienta la toxina, más segura es, pero también, cuanto más se calienta, más se daña la estructura de la proteína, que es lo que reconoce la célula inmune y contra la que construye sus anticuerpos", detalló el principal investigador. Sin embargo, la vacuna nanoesponja toxoide evita este problema al detener, pero no cambiar, la toxina del estafilococo, que puede ser llevada ante las células dendríticas del sistema inmune sin causar ningún daño.
Según Zhang, antes de esto, "no había manera de poder entregar una toxina natural a las células del sistema inmune sin dañar las células, pero esta tecnología permite hacerlo. Cada partícula de la vacuna es de aproximadamente 85 nanómetros de diámetro y se elimina del organismo a las dos semanas de la inyección, como vieron los investigadores.
Las bacterias estafilocócicas son una de las causas más comunes de infecciones de la piel y pueden provocar envenenamiento de la sangre y las infecciones quirúrgicas, así como neumonía. Según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de Estados Unidos, alrededor de 80.000 estadounidenses sufren de infecciones invasivas por SARM cada año y más de 11.000 de ellos mueren.
Por el momento, no hay vacunas aprobadas para proteger a los humanos contra las toxinas asociadas con las infecciones por estafilococos, incluidas las causadas por cepas de SARM. La idea de una vacuna de estafilococo surgió cuando los científicos tuvieron en cuenta el éxito de su nanoesponja y, en cierto modo, la vacuna toxoide se remonta a su primer uso de las partículas como un dispositivo de suministro de medicamentos contra el cáncer, señaló el autor principal.
Las partículas "trabajan tan bien", reconoció Zhang, que podría ser posible detener varias toxinas a la vez en ellas, creando "una sola vacuna contra muchos tipos de toxinas formadoras de poros, desde las de estafilococos al veneno de serpiente.
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