Crean un potente antibiótico a partir de un polímero natural

Científicos rusos han obtenido por primera vez nanopartículas poliméricas de derivados del quitosano, un biopolímero descubierto en 1859. Estas nanopartículas tienen una actividad antibacteriana equiparable al nivel de los antibióticos modernos.
 
El quitosano es un poliaminosacárido biodegradable. Se obtiene de la quitina (el segundo polímero natural más abundante después de la celulosa) y se usa activamente como un aditivo biológico y cosmético, así como regulador del crecimiento en la agricultura. También se añade a la alimentación animal.
 
No obstante, las propiedades antibacterianas del quitosano se expresan muy débilmente, principalmente debido a su baja solubilidad en agua.
 
Sin embargo, la modificación química del quitosano permite obtener derivados de quitosano solubles en agua con una mayor actividad antibacteriana.
 
Valiéndose de este sistema, los científicos rusos obtuvieron derivados del quitosano con una actividad antibacteriana extremadamente alta y una solubilidad expresa en agua.
 
Nuevo enfoque químico
 
Para sintetizar derivados del quitosano a partir de los cuales se forman nanopartículas altamente activas, los científicos han desarrollado un nuevo enfoque basado en métodos de química click y del procesamiento ultrasónico.
 
Usando este método, se pueden obtener otras partículas polisacáridicas con actividad antibacteriana, señalan estos científicos. Sus resultados se publican en la revista International Journal of Biological Macromolecules.
 
El quitosano es un biopolímero biodegradable y biocompatible no tóxico que se produce industrialmente de la quitina mediante desacetilación de sus unidades.
 
Sin embargo,  todas las propiedades útiles del quitosano están relacionadas con sus propiedades adhesivas: interactúa con las membranas mucosas, facilitando la penetración de los medicamentos en el cuerpo.
 
Los químicos de la Universidad Rusa de la Amistad de los Pueblos  (RUDN), dirigidos por  Andrei Kritchenkov, han obtenido por primera vez derivados del quitosano con propiedades antibacterianas tan potentes como las de los antibióticos modernos.
 
Polímero catiónico
 
Han descubierto que el aumento de la actividad antibacteriana es característico de los compuestos de quitosano con un anillo de triazol y un fragmento de betaína, en los que se puede controlar el número de grupos catiónicos.
 
Para obtener este compuesto, Kritchenkov y su equipo utilizaron un método original que combina dos enfoques, recientemente utilizados para las transformaciones químicas de los quitosanos.
 
El primero de ellos es la cicloadición azida-alcalina, uno de los métodos más importantes de química click, que permite unir entre sí las moléculas deseadas selectivamente y con un alto rendimiento.
 
El segundo enfoque es el tratamiento ultrasónico, debido al cual la reacción click se acelera significativamente y no se requieren condiciones anaeróbicas para su implementación.
 
Utilizando ambos métodos al mismo tiempo, los químicos pudieron obtener un polímero catiónico basado al quitosano, mientras controlaron su tamaño y composición química precisa.
 
Luego, para aumentar la actividad antibacteriana del polímero, los químicos obtuvieron nanopartículas con un diámetro de aproximadamente 100 nanómetros a partir de moléculas de polímero individuales.

Nanopartículas bacterianas

Se sabe que los biopolímeros adquieren propiedades antibacterianas a menudo en forma de nanopartículas. Los químicos rusos probaron la capacidad antibiótica de las nanopartículas con las células de las bacterias Staphylococcus aureus y E. coli (Escherichiacoli).
 
La primera es una bacteria que produce una amplia gama de enfermedades, desde infecciones cutáneas y de las mucosas, hasta enfermedades graves como la neumonía. La segunda está asociada a infecciones gastrointestinales y del sistema urinario, sanguíneo, nervioso.
 
Los científicos rusos descubrieron que, mientras que para los componentes individuales del compuesto polimérico - triazol, betaína y quitosano - la inhibición no excedió los 13 mm, para las nanopartículas obtenidas este valor alcanzó 45 mm para el estafilococo y 36 mm para E. coli. Esto, por ejemplo, es más de 1.5 veces el poder de los antibióticos estándar, como la Amplicilina y gentamicina.
 
Los autores destacan que la aplicación se descubrió no solo para las nanopartículas de derivados de quitosano, sino también para el biopolímero en su forma original.
 
Otro descubrimiento de este estudio: los policationes se unen de manera eficiente a los polianiones, por ejemplo, a los ácidos nucleicos, y por lo tanto, se pueden usar también para la transfección: introducción del ADN en las células eucariotas por el método no viral.
 
Los químicos midieron la actividad de transfección en las células hepáticas humanas y obtuvieron valores del orden de 30 mil células por centímetro cuadrado, es decir, al mismo nivel que el de las preparaciones comerciales modernas diseñadas para administrar el ADN dentro de las células, como la lipofectina.
 
Según los científicos, la principal ventaja de los derivados del quitosano obtenidos tanto como agente antibacteriano como para los sistemas de transferencia de información genética, es la ausencia de efectos tóxicos. Los químicos confían en que de la misma manera será posible obtener otras partículas de polímero con actividad antibacteriana y transfeccional.

Referencia
 
Ultrasound-assisted Cu(I)-catalyzed azide-alkyne click cycloaddition as polymer-analogous transformation in chitosan chemistry. High antibacterial and transfection activity of novel triazol betaine chitosan derivatives and their nanoparticles.  Kritchenkov et al. International Journal of Biological Macromolecules, Volume 137, 15 September 2019. DOI: 0.1016/j.ijbiomac.2019.06.190