Gli antibiotici sono trattamenti standard per combattere pericolose infezioni batteriche. Eppure il numero di batteri che sviluppano una resistenza agli antibiotici è in aumento. I ricercatori della Texas A&M University e dell’Università di San Paolo stanno superando questa resistenza con la luce.
I ricercatori hanno adattato la terapia fotodinamica antimicrobica (aPDT), una reazione chimica innescata dalla luce visibile, per l’uso su ceppi di batteri resistenti agli antibiotici. I risultati hanno mostrato che il trattamento ha indebolito i batteri al punto che basse dosi degli attuali antibiotici potrebbero eliminarli efficacemente.
“L’uso di aPDT in combinazione con antibiotici crea una sinergia di interazione che lavora insieme per una soluzione”, ha affermato Vladislav Yakovlev, professore universitario presso il Dipartimento di ingegneria biomedica presso la Texas A&M e co-direttore del progetto. “È un passo nella giusta direzione contro i batteri resistenti”.
I risultati della ricerca sono stati pubblicati in Atti della National Academy of Sciences (PNAS).
La luce ultravioletta è stata utilizzata per la prima volta per sterilizzare i batteri oltre 100 anni fa. Il trattamento si basava sul lavoro di Niels Finsen, che vinse il Premio Nobel per la Fisiologia nel 1903 per aver utilizzato la luce solare filtrata, la frequenza più alta o spettro ultravioletto, come cura per la tubercolosi cutanea.
I progressi della fototerapia sono svaniti in popolarità pochi decenni dopo, quando gli antibiotici sono diventati l’arma preferita contro i batteri. I batteri resistenti agli antibiotici si sono presentati subito dopo il primo utilizzo degli antibiotici.
Se il trattamento antibiotico si interrompe prima che i batteri siano completamente uccisi, i batteri rimanenti sviluppano una resistenza o un’immunità all’antibiotico. L’immunità si trasferisce a ogni nuova cellula batterica, quindi sono necessari antibiotici più potenti o nuovi metodi di trattamento per superare la crescente resistenza.
“La terapia fotodinamica era uno strumento dimenticato”, ha detto Yakovlev. “Tuttavia, i batteri non possono superarlo. Non c’è resistenza”.
Alcune terapie con cellule tumorali umane utilizzano già aPDT per prevenire la crescita di cellule anormali, ma il trattamento di batteri resistenti con questo metodo è ancora un nuovo approccio.
Antibiotici e luce: lo studio
I ricercatori hanno iniziato il loro lavoro scegliendo i batteri e le tre parti principali di aPDT necessarie per combatterlo: ossigeno molecolare, luce e un fotosensibilizzante, qualcosa che crea una reazione tra ossigeno e luce. Un colorante già approvato dalla FDA chiamato blu di metilene fungeva da fotosensibilizzante.
Le sorgenti luminose erano pannelli appositamente costruiti di 25 LED in coni riflettenti costruiti dal Laboratorio di Supporto Tecnico dell’Istituto di Fisica di São Carlos.
Lo Staphylococcus aureus resistente alla meticillina fungeva da batteri e i ricercatori hanno coltivato colture con il colorante blu in esse per garantire che il fotosensibilizzante da solo non influisse sui batteri.
La maggior parte del lavoro di laboratorio si è svolto nel Texas A&M Health Science Center sotto Paul de Figueiredo, professore presso il Dipartimento di Patogenesi microbica e immunologia presso il College of Medicine.
All’inizio, il team ha utilizzato aPDT da solo a vari livelli di intensità luminosa, durate e in una serie specifica di trattamenti di follow-up per registrare la risposta dei batteri. L’idea era quella di trovare la dose più bassa e le serie più brevi che potessero indebolire le membrane batteriche e altri meccanismi di resistenza.
I recuperi e le riproduzioni cellulari hanno rivelato quante generazioni ci sono volute prima che la resistenza agli antibiotici tornasse. Successivamente, i ricercatori hanno aggiunto livelli misurati e combinazioni di antibiotici a diversi intervalli di tempo dopo i trattamenti aPDT per notare le risposte dei batteri indeboliti.
“L’uso di antibiotici con aPDT è un’idea unica”, ha detto Yakovlev. “Possiamo utilizzare dosi più basse di entrambi per raggiungere il nostro obiettivo in contrasto con l’uso dell’uno o dell’altro a dosi più elevate che potrebbero avere effetti collaterali”.
L’obiettivo è ridurre il tempo di trattamento e ridurre il dosaggio ai livelli più bassi necessari. Ridurre le cure mediche è particolarmente importante per Vanderlei Bagnato, professore presso il Dipartimento di Fisica e Scienza dei Materiali a San Paolo e co-direttore del progetto.
Sta cercando di migliorare le probabilità di guarigione per le popolazioni nelle aree remote del Brasile, dove i pazienti potrebbero vedere un medico solo una volta per malattia, senza alcuna possibilità di cure di follow-up.
Il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti sta seguendo da vicino il progetto perché le infezioni delle ferite sul campo di battaglia si verificano anche in località remote e devono essere affrontate rapidamente.
Finora i risultati sono positivi. I batteri resistenti, indeboliti dai trattamenti aPDT, sono stati uccisi con dosi molto più basse degli attuali antibiotici. Come vantaggio, queste terapie hanno ridotto la necessità di combattere i batteri resistenti con antibiotici più potenti e costosi che richiedono anni per essere prodotti.
Il lavoro futuro per il progetto comporterà più tempi e indagini sul dosaggio e test su altri ceppi batterici resistenti per vedere se l’efficacia è universale.
“Immaginate le applicazioni della vita reale”, ha detto Yakovlev. “Vai da un medico, che usa un unguento e illumina la zona infetta, e poi hai finito. Sarebbe un gesto rapido ed un trattamento innocuo se necessario”.
