Una bacteria mala, como el Staphylococcus aureus, puede originar algo tan simple como un grano o algo tan grave como una neumonía. Del mismo modo, la Porphyromonas gingivalis provoca enfermedades de las encías, pero recientemente se ha relacionado con el cáncer de páncreas. Y la Haemophilus influenzae puede provocar infecciones comunes de oído, pero también causar algunas de las infecciones respiratorias crónicas que aceleran la progresión de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC).
Con más de tres millones de defunciones al año, la Organización Mundial de la Salud (OMS) sitúa esta última enfermedad como la tercera causa más frecuente de muerte en el mundo. La disnea, la tos o el incremento de volumen del esputo son algunos de los síntomas que pueden provocar el ingreso hospitalario de los pacientes, donde reciben tratamientos con antibióticos para evitar más infecciones. Sin embargo, existe un problema asociado que disminuye la efectividad de estos medicamentos con el paso del tiempo: la resistencia bacteriana.
«Uno de los factores que le permite contrarrestar el efecto de los antibióticos es la formación de una biopelícula, es decir, una forma de vida en ,la que estas bacterias conviven con otras dentro de unas estructuras con matrices que las rodean y que las protegen ante agentes externos», explica Juncal Garmendia, investigadora científica y responsable del grupo Mecanismos Moleculares de Patogénesis Bacteriana en el Instituto de Agrobiotecnología (IdAB-CSIC).
En la actualidad, la comunidad científica trabaja para dar con un medicamento que permita tratar las bacterias que forman biopelículas. Pero, de momento, «no existe un fármaco aprobado por la Agencia Europea del Medicamento (EMA) ni por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA)«. Mientras tanto, la prevalencia de esta enfermedad en la población española mayor de 40 años sigue creciendo poco a poco. De hecho, ya son «33,9 casos por cada 1.000 habitantes», según el Informe Anual del Sistema Nacional de Salud publicado en 2022.
Quienes deseen conocer más a fondo el proyecto pueden hacerlo a través de este enlace
De ahí que el grupo de investigación de la entidad mixta del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y el Gobierno de Navarra quiso abordar este desafío de la mano de la Asociación Industrial Navarra (AIN) y el Centro de Investigación Médica Aplicada (CIMA).
En concreto, el consorcio planteó tres objetivos: evaluar nuevos antimicrobianos para el tratamiento de la infección, crear nanoplataformas para portar estos fármacos que interfieren en las biopelículas y generar un dispositivo microfluídico que simule las vías aéreas de los pulmones para testar estos desarrollos. Así nació Nanopharmachip, un proyecto coordinado por ADItech, a su vez agente coordinador del Sistema Navarro de I+D+i (SINAI), y financiado por el Ejecutivo foral en la convocatoria de ayudas a centros tecnológicos y organismos de investigación para la realización de proyectos de I+D colaborativos.
TERAPIAS DE NUEVA GENERACIÓN
Estos tres objetivos se convirtieron en otros tantos bloques, liderados por cada una de las entidades. El IdAB-CSIC, que coordinó Nanopharmachip, se centró en el desarrollo de toda la metodología necesaria para evaluar de forma sistemática varios principios activos con efecto antimicrobiano sobre cultivos celulares. «Cuando empezamos el proyecto, estábamos en un punto cero. No habíamos hecho aún un escrutinio de moléculas. Después de evaluar algunas, identificamos un par de cinemaldehídos, que resultaban candidatas terapéuticas prometedoras», desgrana Garmendia.
Ambas moléculas, denominadas nonenal y decenona, tenían un efecto antivirulencia pero conllevaban una dificultad: no son solubles en agua. «Es decir, no son capaces por sí solas de interaccionar y erradicar de forma efectiva los biofilms bacterianos. Aquí entra la nanotecnología, que nos permite encapsular el fármaco y vehiculizarlo en el cuerpo humano», incide Francisco Martín, responsable de Materiales Avanzados en AIN. Además, este grupo de investigación también desarrolló sistemas de encapsulación que facilitan unir ambas moléculas para «proponer terapias basadas en la sinergia farmacológica».
De izda. a dcha., Carlos Ortiz de Solórzano (CIMA), Juncal Garmendia (IdAB-CSIC) y Francisco Martín (AIN).
Por su parte, el Programa de Ingeniería Biomédica del CIMA diseñó y materializó un primer modelo que simula la anatomía de las vías aéreas del pulmón. Estos dispositivos poseen una serie de canales y una membrana, desarrollada a partir de las células que forman las vías aéreas. «Hemos introducido bacterias en este chip con membranas celularizadas para observar cómo son las dinámicas de la infección», resalta Carlos Ortiz de Solórzano, director del programa en el CIMA y responsable de su Laboratorio de Sistemas Microfisiológicos.
Con ello, el proyecto pretende eludir la «elevada» cifra de animales que se necesitaría para probar un fármaco con estas características: «En este proceso de validación, se utilizan modelos más sencillos para avanzar hacia los más complejos. Por ejemplo, la aproximación clásica de la que parte el IdAB-CSIC es utilizar cultivos celulares y duodimensionales, que pueden aportar una información valiosa. Pero son poco fisiológicos porque las células humanas no están en plano, sino que forman estructuras tridimensionales. Ahí radica la innovación que conllevan estos dispositivos para emular órganos».
UN NUEVO PROYECTO
Por último, los centros desarrollaron y utilizaron una serie de protocolos de microscopía y herramientas de análisis de imagen para visualizar los procesos de infección bacteriana en el dispositivo del CIMA. Y crearon un panel con herramientas de ingeniería genética de microorganismos, que las entidades ponen a disposición de la comunidad científica. «Puede aplicarse de forma transversal en proyectos de investigación que requieran visualizar dos bacterias diferentes o ubicarlas espacialmente«, apostilla Garmendia.
Tras alcanzar sus objetivos, Nanopharmachip cede su testigo a una segunda iniciativa: Polipharma3D. A partir de los resultados del primer proyecto, este último pretende avanzar hacia la personalización del tratamiento de infecciones respiratorias crónicas provocadas por bacterias de varios tipos e impulsa el uso de fármacos amigables con el medioambiente. «La multidisciplinariedad del consorcio, que además echa raíces en Navarra, es todo un éxito. Estos proyectos de amplio impacto se desarrollan precisamente porque la región ha decidido apostar por su propia marca», culmina la investigadora del IdAB-CSIC.
