Contrariamente a la creencia popular, no todas las bacterias son dañinas para los humanos. Por ejemplo, las bacterias «buenas» del sistema digestivo contribuyen a la microbiota intestinal, que, entre otras cosas, protege contra los microorganismos patógenos compitiendo por los nutrientes y modulando el sistema inmunitario.

Pero las bacterias dañinas también tienen un lugar en la medicina, y los científicos las usan para tratar enfermedades. En un estudio reciente, investigadores de la Universidad de Nanchang en China combinaron ciencia de materiales y biología para desarrollar implantes bacterianos que podrían ayudar a prevenir y tratar ataques cardíacos.

oxígeno en el corazón

Millones de personas en todo el mundo sufren un ataque al corazón cada año y muchas conducen a enfermedades cardíacas crónicas, como insuficiencia cardíaca. Un ataque al corazón ocurre cuando el flujo de sangre se reduce o se restringe y el corazón no recibe la cantidad de oxígeno que necesita. Esta falta de oxígeno en las células del corazón afecta su función normal y puede conducir a la muerte celular.

Las estrategias actuales, que incluyen medicamentos y cirugía, no pueden reparar las células cardíacas dañadas, lo que subraya la importancia de desarrollar nuevas terapias para prevenir y tratar mejor los ataques cardíacos.

“La importancia del oxígeno [delivery] en tejidos y órganos es evidente”, dijo Xiaolei Wang, director del Laboratorio de Biomateriales e Impresión 3D en el Centro Nacional de Investigación de Ingeniería para Medicamentos de Bioingeniería y el Instituto de Tecnologías de Medicina Traslacional de la Universidad de Nanchang y autor correspondiente del estudio.

Wang y sus colaboradores decidieron desarrollar un método que prevendría el daño a las células del corazón durante un ataque al corazón. Para hacer esto, aprovecharon el metabolismo natural de las cianobacterias, organismos acuáticos microscópicos comúnmente conocidos como algas verdeazuladas, y los modificaron químicamente para crear lo que llamaron «UCCy@Gel», un hidrogel bacteriano inyectable.

“Este estudio utiliza la respiración y la fotosíntesis de las cianobacterias para regular la concentración de oxígeno en el entorno fisiológico local para prevenir y tratar el infarto de miocardio. [or ‘heart attacks’] dijo Wang.

Las cianobacterias son organismos vivos unicelulares que, como las plantas, contienen clorofila, la molécula que permite la conversión de la luz solar en energía a través de la fotosíntesis. Cuando las cianobacterias «respiran», convierten el oxígeno en dióxido de carbono y luego usan el dióxido de carbono durante la fotosíntesis y producen oxígeno. Al exponer a las bacterias a períodos de oscuridad y luz, Wang y el equipo encontraron una manera de modular el equilibrio entre esta respiración y la fotosíntesis para controlar la concentración de oxígeno alrededor del corazón según sea necesario.

“Este trabajo ha sido un éxito […] regulación precisa del oxígenoen vivo para satisfacer las necesidades clínicas de diferentes cursos de infarto de miocardio”, dijo Wang.

La fase oscura y preventiva

En ausencia de luz, la respiración de las cianobacterias disminuye la concentración de oxígeno en su entorno porque la fotosíntesis está inactiva. Aprovechar este proceso con los implantes UCCy@Gel crea una terapia preventiva que podría ser útil para personas con alto riesgo de ataque cardíaco, como B. pacientes con accidente cerebrovascular, ancianos o pacientes con diabetes.

«El UCCy@Gel fue diseñado principalmente para la población con enfermedades cardiovasculares de alto riesgo», dijo Wang. El autor cree que el hidrogel podría implantarse en los corazones de estas personas a medida que comienzan a mostrar signos de ataques cardíacos, para preparar las células cardíacas para una posible isquemia inminente o reducción de oxígeno.

Los métodos anteriores han demostrado que las células del corazón se pueden «preparar» para un ataque al corazón, minimizando así el riesgo de daño. La terapia de preacondicionamiento isquémico consiste en ciclos de privación de oxígeno que ayudan a las células a adaptarse mediante la producción de moléculas que previenen el daño por falta de oxígeno.

Por ejemplo, las células producen en exceso la proteína protectora llamada Heat Shock Protein 70 o HSP70 cuando los niveles de oxígeno son bajos. Aunque útil, esta terapia se aplica a través del sistema circulatorio con el riesgo de experimentar isquemia descontrolada en otros lugares. Es difícil controlar de manera efectiva el momento de la isquemia, que en cambio podría provocar daño cardíaco.

La tecnología de Wang tiene la ventaja de ser un tratamiento localizado ya que el UCCy@Gel se implanta específicamente en el corazón y el consumo de oxígeno solo ocurre en su vecindad inmediata mientras las cianobacterias respiran en la oscuridad.

Para probar la capacidad de UCCy@Gel para preacondicionar las células del corazón, el equipo realizó estudios en ratones. Usando ecocardiografía, que mide los parámetros funcionales del corazón, encontraron una mejora en la función cardíaca cuando los hidrogeles se implantaron antes del ataque cardíaco, en comparación con los ratones no tratados.

Además, el equipo observó que las células cardíacas de los ratones implantados con UCCy@Gel mostraban signos de protección del tejido cardíaco, vinculados a la presencia de la proteína protectora HSP70.

La fase de tratamiento de luz

La oxigenoterapia es el tratamiento más común para los pacientes después de un infarto, pero cuando se usa en exceso puede causar efectos adversos como: B. el estrechamiento de los vasos sanguíneos que empeoran la lesión.

Wang y el equipo desarrollaron UCCy@Gel para activar la producción de oxígeno en el corazón de forma local y controlada.

La clorofila en las cianobacterias absorbe energía de la luz visible. Sin embargo, la luz visible no penetra en el tejido de manera eficiente, lo que significa que el equipo no puede activar la bacteria una vez que se ha implantado el hidrogel en el seno. Por lo tanto, los científicos hicieron modificaciones químicas para recubrir las bacterias con diferentes moléculas que absorben energía en la parte del espectro del infrarrojo cercano o NIR, que penetra mejor en los tejidos debido a las longitudes de onda más largas.

En modelos de ratones, el equipo demostró que los implantes NIR y UCCy@Gel dieron como resultado una función cardíaca mejorada después de un ataque cardíaco y menos daño en comparación con los ratones sin implantes. La activación de la luz UCCy@Gel NIR también proporcionó un efecto antiinflamatorio, que es una propiedad importante ya que la falta de oxígeno provoca una inflamación que daña las células del tejido afectado.

«El oxígeno podría generarse por primera vez mediante la irradiación de luz NIR inmediatamente cuando ocurren eventos adversos cardiovasculares, lo que reduce el daño cardíaco», dijo Wang.

Bsonando implantes de cianobacterias a la clínica

Wang explicó que el UCCy@Gel podría implantarse a través de una cirugía común y mínimamente invasiva llamada pericardiocentesis.

Pero antes de que vaya a la clínica o incluso a ensayos en humanos, se necesitan más pruebas. Primero, el equipo debe demostrar que la luz NIR puede llegar a los implantes cardíacos en animales más grandes. La bioseguridad a largo plazo de los implantes de cianobacterias también debe probarse, ya que los ratones solo se monitorearon durante 30 días en el estudio.

Si estudios posteriores muestran resultados positivos, UCCy@Gel podría extrapolarse para tratar otras enfermedades en las que la concentración de oxígeno es fundamental.

«Este método de tratamiento no se limita al ataque cardiaco y también puede tener importancia científica para otras enfermedades isquémicas como el accidente cerebrovascular», dijo Wang. “Nuestra mayor innovación es el uso de [cyanobacterial] ventilación para lograr la prevención del infarto de miocardio por primera vez”.

Referencia: Yu Liu, et al., Nanocápsulas de cianobacterias fotosensibles recubiertas de hidrogel para la prevención y el tratamiento del infarto de miocardio, Ciencias Avanzadas (2022). DOI: 10.1002/adv.202202920

DEJA UNA RESPUESTA

Por favor ingrese su comentario!
Por favor ingrese su nombre aquí