Actualidad

¿Qué fuerza es necesaria para matar una única bacteria?

IMInvestigadores de IMDEA Nanociencia cuantifican la fuerza que es necesaria para causar un daño crítico a bacterias individuales E. coli bajo condiciones fisiológicas, usando dos técnicas combinadas: nanoindentación con un microscopio de fuerza atómica (AFM) y microscopía de fluorescencia.

La resistencia a los antibióticos es una de las mayores amenazas para la salud y la seguridad alimentaria mundiales en la actualidad, según la Organización Mundial de la Salud. Este proceso ocurre de forma natural, pero el mal uso de los antibióticos en humanos y animales lo está acelerando. En este contexto, los materiales mecano-bactericidas surgen como estrategia prometedora para hacer frente a la resistencia bacteriana a los antibióticos.

Los materiales mecano-bactericidas constan de estructura superficial que es hostil a las bacterias. En la actualidad, los investigadores quieren comprender las interacciones físicas entre las bacterias y estos nanomateriales antimicrobianos; revelando todos los detalles de la interacción, como la fuerza necesaria para matar las bacterias, se podría diseñar una nueva y mejorada generación de materiales mecano-bactericidas.

Un equipo de investigadores de IMDEA Nanociencia ha estudiado cuantitativamente las fuerzas necesarias para ejercer un daño crítico en una sola bacteria E. coli bajo condiciones fisiológicas. En su trabajo, publicado en ACS Applied Materials and Interfaces, los investigadores dirigidos por la Dr. Flors utilizan la nanoindentación AFM (microscopía de fuerza atómica) para perforar la pared celular de la bacteria, y observan la muerte bacteriana en tiempo real utilizando un marcador fluorescente de viabilidad. Concluyen que una fuerza de unos 20 nN es necesaria para romper la pared celular en E. coli, es decir, el equivalente al 0,000000003% del peso medio de una persona.

Se realizaron también indentaciones consecutivas con una fuerza baja pero sin ruptura de la pared celular, que produjeron un efecto de «fatiga» medible en la fisiología bacteriana. Esta fatiga se determinó siguiendo el período de oscilación del sistema Min, un complejo proteínico que ayuda a determinar la división celular en las bacterias, mediante el microscopio de fluorescencia. El efecto de fatiga observado es coherente con las propiedades antibacterianas que se esperan de ciertos nanomateriales antibacterianos, por la acción acumulativa de muchas colisiones de baja fuerza.

Los resultados de esta investigación proporcionan una visión detallada, desconocida hasta la fecha, de la interacción entre las bacterias y los nanomateriales mecano-, y contribuyen al campo emergente de la mecanomicrobiología. «Nuestro trabajo muestra cómo el desarrollo de técnicas avanzadas de microscopía puede contribuir a una comprensión cuantitativa de las interacciones entre las bacterias y los nanomateriales», dice la Dr. Flors.

Este trabajo ha sido dirigido por la Dra. Cristina Flors, investigadora principal del grupo de Nanoscopia de Fluorescencia Avanzada de IMDEA Nanociencia y ha sido parcialmente financiado por el Programa Severo Ochoa para Centros de Excelencia en I+D otorgado a IMDEA Nanociencia.


Referencia: A. del Valle, J. Torra et al. Mechanically Induced Bacterial Death Imaged in Real Time: A Simultaneous Nanoindentation and Fluorescence Microscopy Study. ACS Appl. Mater. Interfaces (2020). DOI: 10.1021/acsami.0c08184

Fuente: IMDEA Nanociencia

Imagen destacada: Nanoindentación AFM y microscopía de fluorescencia simultáneas sobre una bacteria E. coli. Imagen: Patricia Bondía.

Desarrollan apósitos liberadores de biocidas de origen natural para tratar heridas tópicas y evitar resistencias a antibióticos

Algunas heridas tópicas causadas por quemaduras, por procedimientos quirúrgicos, úlceras de pie diabético, fístulas, úlceras por presión, etc. pueden infectarse y cronificarse, haciendo que los tratamientos actuales resulten ineficaces.  Actualmente, el tejido desvitalizado se elimina, se limpia la zona, se drena y dependiendo de la presencia microbiana presente (hongos y/o bacterias) se emplea un tratamiento antimicrobiano tópico. Sin embargo, en muchos casos resulta ineficiente, además el uso de antibióticos favorece el desarrollo potencial de resistencias.

Un grupo de investigadores del CIBER-BBN pertenecientes al Instituto Universitario en Nanociencia de Aragón (INA) de la Universidad de Zaragoza, han desarrollado apósitos liberadores de biocidas de origen natural para evitar las resistencias bacterianas a antibióticos.

En concreto, se ha utilizado como biocida natural el timol, que es un componente presente en los aceites esenciales del tomillo y del orégano. Dichos apósitos se han validado en cultivos bacterianos y también en experimentos animales demostrando que son capaces de reducir las infecciones bacterianas sin perjudicar a las células de la piel (fibroblastos y queratinocitos).

Reducir la carga bacteriana sin dañar el tejido adyacente

El equipo de investigadores, liderado por Silvia Irusta y Manuel Arruebo, junto con Gracia Mendoza (actualmente en el Instituto de Investigación Sanitaria de Aragón (IIS Aragón), en colaboración con el grupo de Lluís Luján de la Facultad de Veterinaria, infectó deliberadamente una herida tópica creada en el modelo animal con Staphylococcus aureus, un patógeno común en infecciones bacterianas cutáneas y en infecciones asociadas a implantes. Sobre dichas heridas se aplicaron los apósitos liberadores de biocidas de origen natural y se consiguió reducir la carga bacteriana presente sin mostrar signos de irritación o de inflamación en el tejido adyacente. Siguiendo con dicha línea de investigación, en un trabajo subsecuente (ACS Applied Bio Materials 2020, 3, 5, 3430–3439), el mismo equipo demostró que dichos apósitos muestran menor toxicidad local que incluso uno de los antisépticos locales bactericidas y fungicidas más comúnmente usados, la clorhexidina.

Las dosis requeridas para eliminar la infección usando biocidas de origen natural son mayores que las dosis equivalentes de antibióticos, sin embargo, dada la tremenda preocupación por la resistencia a antibióticos dicha propuesta puede ser una alternativa futura.

Sin duda estos resultados, que han sido publicados en European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, contribuirán a contrarrestar las previsiones emitidas por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de Estados Unidos (Centers for Disease Control and Prevention, USA), que predicen que en el año 2050 más gente morirá por infecciones asociadas a bacterias resistentes a antibióticos que por cáncer. Por ello cualquier solución validada que pueda sustituir a los antibióticos sin generar resistencias puede solventar algunas de las limitaciones de estos. En el futuro, el equipo de trabajo tratará de aumentar la eficacia de dichos biocidas de origen natural mediante su combinación con otros antisépticos.


Artículo de referencia: Drug-eluting wound dressings having sustained release of antimicrobial compounds Enrique Gámez-Herrera, Sara García-Salinas, Sofía Salido, María Sancho-Albero, Vanesa Andreu, Marta Pérez, Lluís Luján, Silvia Irusta, Manuel Arruebo, Gracia Mendoza. Eur J Pharm Biopharm. DOI: 10.1016/j.ejpb.2020.05.025

Fuente: Unizar/CIBER

Imagen destacada: Gracia Mendoza, Silvia Irusta, Sara García y Manuel Arruebo en los laboratorios del INA – Universidad de Zaragoza

COVID-19

16 de septiembre 2020

11h-12:30h

Smart Health en COVID 19

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Tras el éxito de la mesa redonda sobre Smart Health coorganizada por  Nanomed Spain y la Plataforma Española de Innovación y Tecnología Sanitaria celebrada en junio, hemos organizado una nueva sesión online de Smart Health, esta vez centradoa en sus apliacaciones en la lucha contra la COVID-19.

La COVID-19 no solo ha cambiado nuestra vida estos últimos meses, si no también la forma de entender la sanidad. Las tecnologías sanitarias, están jugando un papel muy importante en el desarrollo de sistemas de diagnóstico, vacunas y tratamientos para esta enfermedad. 

El objetivo de este webinar es dar a conocer algunas de las líneas que se están siguiendo en investigación y los avances de diferentes proyectos en este ámbito.

PONENCIAS

Plataformas nanobiosensoras avanzadas como sistemas de diagnóstico rápido, fiable y descentralizado de la COVID-19  ·  Laura Lechuga   ·  ICN2

Un sistema de salud móvil para apoyo a médicos y pacientes frente a COVID-19  ·  Dra. Claudia Yuste  · Hospital 12 de Octubre de Madrid, y Prof. Ana M. Bernardos  ·  Information Processing and Telecommunications Center, Universidad Politécnica de Madrid

Cuantificación y caracterización de lesiones pulmonares debidas al COVID a partir de Tomografía computarizada y la predicción de gravedad junto con datos clínicos y biológicos utilizando algoritmos de aprendizaje automático  ·  Prof. Mª Jesús Ledesma ·  Information Processing and Telecommunications Center, Universidad Politécnica de Madrid

Seguimiento y análisis de la COVID-19 a través de los datos del laboratorio  ·  Raúl Rubio ·  Business Unit Manager Healthcare IT Solutions Spain and Portugal Werfen

INSCRIPCIÓN A LA JORNADA

Nanopartículas de galio para la detección de enfermedades

Investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) han desarrollado un biosensor basado en nanopartículas de galio capaz de medir niveles anormales de fibrinógeno, una proteína presente en el plasma sanguíneo cuya concentración puede informar sobre alteraciones en nuestro estado de salud.

El desarrollo de la medicina personalizada requiere la rápida detección de biomoléculas clave para la indicación de estados de salud, como es el fibrinógeno, cuyas inusuales concentraciones en el plasma sanguíneo pueden ser asociadas a la fibrinogenia, enfermedades cardiovasculares, inflamación aguda o varios tipos de cáncer. Existen distintos tipos de técnicas capaces de medir la concentración de fibrinógeno, como el método de Clauss, el ensayo por inmunoabsorción ligado a enzimas (ELISA) o ensayos basados en la formación de coágulos. Sin embargo, estos métodos todavía necesitan simplificarse para que puedan ser manejados por los pacientes y permitir una detección más temprana de enfermedades, y por tanto una mejora en la medicina personalizada. Ahora, científicos de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) han aprovechado la naturaleza plasmónica de las nanopartículas de galio para desarrollar una plataforma biosensora capaz de medir, de manera instantánea, concentraciones de fibrinógeno. Los plasmones son oscilaciones colectivas de electrones en la superficie de metales como el galio. Estas oscilaciones son particularmente sensibles a la presencia de cambios de permitividad en el ambiente, lo que les convierte en sensores muy versátiles a la hora de detectar concentraciones de ciertos materiales. Los investigadores estudiaron la energía de los plasmones mediante su interacción  con la luz, específicamente mediante elipsometría, una técnica espectroscópica de bajo coste y que aporta resultados instantáneamente.

Plataforma biosensora

Además de su naturaleza plasmónica, las nanopartículas de galio se caracterizan por su barata, rápida y fácil síntesis mediante evaporación térmica. Sin embargo, para el desarrollo de la plataforma biosensora, los investigadores debieron realizar un minucioso procedimiento en el que se añaden distintas capas sobre la superficie del biosensor, y en el que la biofuncionalización de la superficie es uno de los pasos más importantes. “Este paso es necesario para conseguir que las nanopartículas de galio sean capaces de unirse a moléculas orgánicas, como son las inmunoglobulinas G”, explican. “Estas inmunoglobulinas -agregan los investigadores- se van a encargar de formar uniones con las moléculas de fibrinógeno, de modo que lo mantendrán unido a la superficie del biosensor. La biofuncionalización de las nanopartículas se llevó a cabo mediante el depósito de una lámina delgada biofuncionalizadora de aminosilano-titanato”. Por último, el trabajo, publicado en Medical Devices & Sensors, destaca que la plataforma biosensora es capaz de detectar cambios en la concentración de fibrinógeno en los rangos presentes en individuos sanos y en rangos relacionados con ciertas enfermedades. “Esto abre la posibilidad de incorporar el biosensor a tecnologías portátiles para aumentar el catálogo de dispositivos de medicina personalizada -concluyen los autores-. Aunque para alcanzar este objetivo, la plataforma necesita aún de mayor progreso, el cual podría ser aportado por el avance de la plasmonica relacionada con cambios de color en el material”.
Referencia bibliográfica: Magdaleno, A.J., Gordillo, N., Pau, J.L., Manso Silván, M. 2020. A fibrinogen biosensing platform based on plasmonic Ga nanoparticles and aminosilane–titanate antibody trapping. Medical, Devices & Sensors,  00:e10083. https://doi.org/10.1002/mds3.10083 Fuente: UAM-mi+d Imagen destacada: a) Nanopartículas de galio. b) Longitud de onda del plasmón después de la detección de fibrinógeno a diferentes concentraciones. c) Vista esquemática del proceso de fabricación del biosensor con los pasos de evaporación de galio, aminosilanización, biofuncionalización, bloqueo y detección / UAM  

Un nuevo nanofármaco bloquea las células tumorales de la leucemia mieloide aguda sin dañar las sanas

La nanopartícula se dirige únicamente a las células leucémicas, lo que reduciría los severos efectos adversos de los actuales tratamientos

La leucemia mieloide aguda es una enfermedad muy heterogénea cuyo tratamiento habitual es muy agresivo y con efectos secundarios severos. En la búsqueda de un nuevo fármaco más eficaz, investigadores del CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN) han demostrado la eficacia de nanopartícula de creación propia que bloquea la diseminación de las células leucémicas en modelos animales de leucemia mieloide aguda y que ataca directamente las células tumorales sin dañar las sanas, minimizando los efectos adversos. Los resultados de esta investigación, con  la participación de los grupos del CIBER-BBN en el Instituto de Investigación del Hospital de Sant Pau – IIB Sant Pau (Ramón Mangues, Isolda Casanova y Víctor Pallarès), la Universidad Autónoma de Barcelona (Antonio Villaverde y Esther Vázquez) y el Instituto de Investigación contra la Leucemia Josep Carreras, han sido publicados en la revista científica internacional Journal of Hematology and Oncology. Los investigadores han desarrollado un nanofármaco que está dirigido específicamente a las células leucémicas, formado por una nanopartícula unida a una toxina, llamada auristatina, que es entre 10 y 100 veces más potente que los fármacos utilizados habitualmente en clínica. Según explica el jefe de grupo del CIBER-BBN y del Grupo de Investigación en Oncogénesis y Antitumorales del Instituto de Investigación del Hospital de Sant Pau – IIB Sant Pau, Ramón Mangues, “hemos diseñado un nanoconjugado gracias a la ICTS Nanbiosis del CIBER-BBN que se dirige únicamente a las células que tienen en su superficie un receptor que está sobreexpresado en células leucémicas llamado CXCR4. De esta manera, la partícula entra y libera la auristatina en las células que tienen este receptor”. El CXCR4 está sobreexpresado en un porcentaje elevado de células leucémicas de pacientes con mal pronóstico o aquellos que han recaído, lo que podría tener un gran impacto clínico sobre los pacientes de leucemia mieloide aguda. Asimismo, este receptor está sobreexpresado en más de 20 distintos tipos de cáncer en los que también se relaciona con mal pronóstico, por lo que podría ser evaluado en un futuro como posible tratamiento de otros tumores de alta prevalencia. Bloquea la diseminación de las células leucémicas en ratones sin toxicidad La nanopartícula diseñada es capaz de internalizar en las células leucémicas a través del receptor CXCR4 y eliminarlas. Además, también han demostrado su capacidad de bloquear la diseminación de las células leucémicas en un modelo animal de ratón sin producir ningún tipo de toxicidad ni efecto adverso. Por tanto, este fármaco dirigido a las células leucémicas podría ayudar a los pacientes de LMA que no pueden ser tratados con los fármacos actuales por su alta toxicidad, como aquellos de avanzada edad o con otras características no favorables al tratamiento convencional. Ramón Mangues explica además que “también se podría tratar a aquellos pacientes que han desarrollado resistencia a los fármacos o a los que han sufrido una recaída tras ser curados, ya que sus células leucémicas tendrían una alta expresión del receptor CXCR4, diana del nanofármaco. Por tanto, existe un amplio espectro de pacientes que podrían beneficiarse de este nuevo tratamiento teniendo estos resultados una gran relevancia clínica si se confirma su efectividad en futuros ensayos clínicos”.
Artículo de referencia: An Auristatin Nanoconjugate Targeting CXCR4+ Leukemic Cells Blocks Acute Myeloid Leukemia Dissemination. Victor Pallarès, Ugutz Unzueta, Aïda Falgàs, Laura Sánchez-García, Naroa Serna, Alberto Gallardo, Gordon A Morris, Lorena Alba-Castellón, Patricia Álamo, Jorge Sierra, Antonio Villaverde, Esther Vázquez, Isolda Casanova, Ramon Mangues. 10.1186/s13045-020-00863-9 Fuente: CIBER-BBN Imagen destacada: Los resultados han sido llevados a cabo por investigadores del CIBER-BBN en IIB Sant Pau y la UAB (Fuente: CIBER-BBN)

AFM Biotechnician job offer

An international consortium, including a research group at the School of Medicine at the Universitat de Barcelona (UB), the Functional Unit of Thoracic Tumors at the Hospital Clínic de Barcelona (HCB), and the swiss start-up technological company Artidis in Basel (Artidis) are looking for an Atomic Force Microscopy (AFM) biotechnician to work on a 18 month project.

Job purpose

Solid tumors are often detected macroscopically by surgeons and even patients through manual palpation due to their increased stiffness. Researchers of this consortium showed few years ago that the same idea applies at the nanoscale, since characterizing the local nanomechanical properties of tissue biopsies with AFM could distinguish between normal and tumor tissue (Plodinec et al, Nat Nanotech 2012). Likewise, other researchers of this consortium have extensive experience in mechanical measurements of cells and other tissue components with AFM (Alcaraz et al, EMBO J 2008) and in the clinical management of lung cancer (Majem et al. Clinical and Translational Oncology 2019.). The main goal of this study is to assess the potential for fast diagnosis of the nanomechanical profiling of lung cancer specimens obtained from surgical patients by AFM. For this purpose, the technician will use an state-of-the-art AFM specifically designed for fast measurement of nanomechanical properties of fresh tissue samples. The project is expected to last 18 months, with the possibility of an extension depending on the results obtained. The project will involve interacting with professionals at the Hospital Clinic and at Artidis, including an initial training at the Artidis headquarters in Basel. More info here Job description here

Application - Contact

The initial closing date for this application is September 15th 2020. We encourage applicants to submit their application as soon as possible. We look forward to receiving your online application with CV, motivation letter, academic grades, and support letters (including names and contact information (email, address)) of 2–3 referees (one of them must be the supervisor of the end of degree project and end of master project, if applicable). Please, send your application by email to Jordi Alcaraz (jalcaraz@ub.edu) with the email subject: AFM JOB OFFER + your name.