Los ingenieros químicos han creado un recubrimiento para microbios que podría facilitar el despliegue de los organismos para tratar enfermedades gastrointestinales – ScienceDaily

El intestino humano alberga miles de especies de bacterias, y algunas de esas bacterias tienen el potencial de tratar una variedad de enfermedades gastrointestinales. Algunas especies pueden ayudar a combatir el cáncer de colon, mientras que otras pueden ayudar a tratar o prevenir infecciones como Es dificil.

Uno de los obstáculos para el desarrollo de estos “bioterapéuticos vivos” es que muchas de las especies que podrían ser beneficiosas se ven perjudicadas por el oxígeno, lo que dificulta su fabricación, almacenamiento y distribución. Los ingenieros químicos del MIT han demostrado ahora que pueden proteger esas bacterias con un recubrimiento que les ayuda a sobrevivir al proceso de fabricación.

En un estudio que aparece hoy en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense, los investigadores demostraron que podían usar el recubrimiento en una cepa de E. coli así como otras especies que pueden ayudar en la digestión de almidones vegetales. El recubrimiento también podría aplicarse a muchas otras especies, dicen.

“Creemos que este recubrimiento podría usarse para proteger prácticamente cualquier microbio de interés”, dice Ariel Furst, profesor de desarrollo profesional de ingeniería química de Raymond y Helen St. Laurent y autor principal del nuevo estudio. “Creemos que existen microbios que pueden ayudar con una variedad de enfermedades y que podemos protegerlos para su fabricación y producción”.

Gang Fan, postdoctoral del MIT, es el autor principal del estudio. Pris Wasuwanich, estudiante del MIT, y Mariela Rodríguez-Otero, ex becaria de verano del Laboratorio de Investigación de Materiales del MIT, también son los autores del artículo.

Revestimiento protector

La mayoría de los microbios que viven en el intestino humano son anaeróbicos y tienen distintos grados de sensibilidad al oxígeno. Algunos pueden tolerar un poco de oxígeno, mientras que para otros, el oxígeno es mortal.

Esto hace que sea difícil probar su potencial como tratamientos para enfermedades humanas, porque las bacterias deben liofilizarse y formularse como cápsulas para poder usarse terapéuticamente. En este estudio, Furst y sus colegas decidieron intentar proteger las bacterias anaeróbicas recubriéndolas con un material hecho de iones metálicos y compuestos orgánicos llamados polifenoles.

Cuando los polifenoles y los iones metálicos se colocan en una solución, forman una lámina bidimensional en forma de rejilla. Para este estudio, los investigadores utilizaron hierro, que es seguro para el consumo humano, y tres polifenoles que están clasificados como GRAS (generalmente considerados seguros) por la Administración de Alimentos y Medicamentos: ácido gálico, ácido tánico y epigalocatequina (EGCG). todos los cuales se encuentran en el té y otros productos vegetales.

Si también se agregan bacterias a la solución, el material se autoensambla en una capa sobre las células bacterianas individuales. Este recubrimiento protege a las bacterias durante el proceso de liofilización y fabricación. Los investigadores demostraron que las células recubiertas estaban sanas y podían realizar actividades celulares normales, aunque su crecimiento se inhibió temporalmente.

Cuando se expone a un ambiente ácido, como el del estómago, el recubrimiento se rompe y libera las bacterias.

Despliegue de bacterias

Una de las cepas que los investigadores utilizaron para probar el revestimiento es Bacteroides thetaiotaomicron. Esta especie, que tiene enzimas especializadas para digerir carbohidratos, parece ser más abundante en el microbioma intestinal de personas sanas. Sin embargo, ha sido difícil estudiar cómo estas bacterias pueden promover la salud si se administran como bioterapéuticos, porque son muy sensibles al oxígeno.

Las bacterias con este tipo de recubrimiento protector también podrían ser útiles para aplicaciones agrícolas, como ayudar a que los cultivos sean más tolerantes al estrés. Otra posible aplicación del recubrimiento es utilizarlo para proteger microbios que se utilizan como vacunas. La vacuna BCG, que consiste en la versión bovina del microbio que causa la tuberculosis, es difícil de producir y debe almacenarse a bajas temperaturas. Recubrirlo con una capa protectora podría eliminar la necesidad de almacenamiento en frío y facilitar la distribución, dice Furst.

“Si podemos eliminar la necesidad de almacenamiento y transporte en frío, creemos que haría que muchas terapias estuvieran más disponibles”, dice.

La investigación fue financiada por el MIT-Deshpande Center, el Programa de Oportunidades de Investigación de Pregrado del MIT y el Programa MRSEC del Laboratorio de Investigación de Materiales del MIT de la Fundación Nacional de Ciencias.