Milioni di persone negli Stati Uniti e in tutto il mondo soffrono di infezioni del tratto urinario ogni anno. Alcuni gruppi sono particolarmente inclini alle UTI croniche, tra cui le donne, gli anziani e alcuni veterani.
Queste infezioni vengono tipicamente trattate con antibiotici, ma un uso eccessivo di questi farmaci può rendere i microrganismi bersaglio resistenti e ridurre l’efficacia dei medicinali.
Per risolvere questo problema delle UTI croniche e della resistenza agli antibiotici, abbiamo unito le nostre competenze in microbiologia e ingegneria per creare un materiale vivente che ospita un ceppo specifico di E. coli benefico.
La nostra ricerca dimostra che i batteri ‘buoni’ rilasciati da questo biomateriale possono competere con i batteri ‘cattivi’ per i nutrienti e vincere, riducendo drasticamente il numero di microrganismi che causano malattie.
Con ulteriori sviluppi, crediamo che questa tecnica potrebbe aiutare a gestire le UTI ricorrenti che non rispondono agli antibiotici.
Portare i batteri alla vescica
Per i microrganismi che vivono nelle persone, i nutrienti sono limitati e la loro presenza varia tra le diverse parti del corpo. I batteri devono competere con altri microrganismi e con l’ospite per acquisire nutrienti essenziali.
Assorbendo i nutrienti disponibili, i batteri benefici possono fermare o rallentare la crescita dei batteri dannosi. Quando i batteri dannosi sono privati di importanti nutrienti, non riescono a raggiungere numeri sufficientemente alti da causare malattie.
Consegnare batteri benefici alla vescica per prevenire le UTI è una sfida, tuttavia. Per un verso, questi batteri utili possono colonizzare naturalmente solo le persone che non riescono a svuotare completamente la loro vescica, una condizione chiamata ritenzione urinaria.
Anche tra questi pazienti, la durata della colonizzazione della loro vescica da parte di questi batteri varia ampiamente. I metodi attuali per consegnare i batteri alla vescica sono invasivi e richiedono inserimenti ripetuti di catetere.
Anche quando i batteri vengono rilasciati con successo nella vescica, l’urina li sciacquerà via perché non possono aderire alla parete della vescica.
Biomateriali per trattare le UTI
Poiché i batteri benefici non possono attaccarsi e sopravvivere a lungo nella vescica, abbiamo sviluppato un biomateriale che potrebbe rilasciare lentamente i batteri nella vescica nel tempo.
Il nostro biomateriale è composto da materiale vivente fatto di gel. Assomiglia a un pezzo di gelatina circa 500 volte più piccolo di una goccia d’acqua e può rilasciare batteri nella vescica per un massimo di due settimane.
Consegnando i batteri tramite il biomateriale, superiamo la necessità che i batteri si attacchino alla vescica per persistere nell’organo.
E. coli incorporato in una struttura a matrice
Abbiamo testato il nostro biomateriale posizionandolo nell’urina umana in piatti di Petri ed esponendolo a patogeni batterici che causano UTI.
I nostri risultati hanno mostrato che quando mescolato in un rapporto 50:50, l’E. coli ha superato i batteri che causano UTI aumentando fino a circa l’85 percento della popolazione totale.
Quando abbiamo aggiunto più E. coli rispetto ai batteri che causano UTI, che è ciò che immaginiamo per lo sviluppo e il test futuri, la proporzione di E. coli è aumentata a oltre il 99 percento della popolazione, eliminando essenzialmente i batteri che causano UTI.
Inoltre, il biomateriale ha continuato a rilasciare E. coli per un massimo di due settimane nell’urina umana.
I nostri risultati suggeriscono che l’E. coli potrebbe rimanere e sopravvivere nella vescica per periodi di tempo prolungati e ridurre con successo la crescita di molti tipi di batteri che causano UTI.
Migliorare i biomateriali
I nostri risultati mostrano che l’E. coli non solo può controllare i batteri dannosi a esso strettamente correlati, ma anche una vasta gamma di batteri che causano malattie negli esseri umani e negli animali.
Ciò significa che gli scienziati potrebbero non aver bisogno di identificare diversi tipi di batteri benefici per controllare ciascun patogeno, poiché ci sono molti che possono causare una UTI.
Il nostro team sta attualmente valutando quanto efficacemente il nostro biomateriale possa curare le UTI nei topi.
Stiamo inoltre lavorando per identificare i nutrienti specifici su cui i batteri benefici e dannosi competono e quali fattori potrebbero aiutare i batteri benefici a vincere.
Potremmo aggiungere questi nutrienti al nostro biomateriale da rilasciare o trattenere.
Questa ricerca è ancora in una fase iniziale e non sono ancora in corso sviluppi clinici, quindi se dovesse raggiungere i pazienti, sarà nel futuro.
Speriamo che la nostra tecnologia possa essere perfezionata e applicata per controllare altre infezioni batteriche e alcuni tipi di cancro causati dai batteri.
Sarguru Subash, Professore associato, Texas A&M University
Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.
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