Sensores contra superbactérias

A propagação de superbactérias resistentes aos antibióticos está a mergulhar os cuidados de saúde em todo o mundo numa crise. Estima-se que, em 2028, o número de vítimas de bactérias multirresistentes será tão elevado como antes da descoberta da penicilina, 100 anos antes, com custos na ordem dos milhares de milhões. A Organização Mundial de Saúde (OMS) considera a "pandemia silenciosa" uma das maiores ameaças à saúde mundial.

O desenvolvimento da resistência é alimentado pela utilização precipitada de antibióticos sem que o agente patogénico subjacente tenha sido previamente identificado. Este facto não é totalmente incompreensível: Perde-se um tempo precioso durante o diagnóstico, utilizando métodos morosos, pelo que, em situações de emergência, por exemplo, se decide frequentemente não esperar pelos resultados laboratoriais relevantes. O resultado possível: O tratamento continua a ser ineficaz e o risco de desenvolvimento de novas resistências aumenta. Os investigadores da Empa estão, por isso, a trabalhar em conjunto com parceiros clínicos em ferramentas de diagnóstico inovadoras, tais como sensores que podem detetar mais rapidamente agentes patogénicos resistentes e permitir um tratamento personalizado em tempo útil.

Sensor de luz indica pneumonia

As bactérias multirresistentes são particularmente comuns nas infecções hospitalares, como a pneumonia. Um dos agentes patogénicos que pode causar essa pneumonia é a Klebsiella pneumoniae. A investigadora da Empa, Giorgia Giovannini, do laboratório de Membranas e Têxteis Biomiméticos, está atualmente a trabalhar com o Hospital Cantonal de St. Gallen para desenvolver um sensor para esta superbactéria que emite uma luz fluorescente quando está presente uma infeção por Klebsiella.

O sensor reage à enzima urease, que a bactéria produz. No projeto "Doorstep", os investigadores estão a trabalhar em partículas de polímero que envolvem um corante fluorescente. Se a urease bacteriana decompõe o polímero, o corante pode desenvolver a sua luminosidade. O método de diagnóstico deverá funcionar com uma zaragatoa da garganta ou uma amostra de expetoração. Assim, seria possível identificar os agentes patogénicos que causam a pneumonia em poucas horas, em vez de vários dias.

O gesso alerta para os germes das feridas

As feridas infectadas são também uma importante área de aplicação para o diagnóstico rápido e preciso de agentes patogénicos resistentes. Não só causam dor e danos nos tecidos, como também são um terreno fértil para superbactérias resistentes aos antibióticos. Uma equipa liderada pelos investigadores da Empa Luciano Boesel e Giorgia Giovannini está agora a lançar um projeto em conjunto com o Hospital Cantonal de St. Gallen, no qual pretendem desenvolver um penso multi-sensor para feridas. Baseia-se em nanopartículas de sílica incorporadas num hidrogel resistente feito de polímeros biocompatíveis. A tecnologia de sensores deve ser integrada diretamente no material do penso. As nanopartículas são funcionalizadas com substâncias que podem indicar especificamente os metabolitos de certas bactérias.

Os sensores foram concebidos para reagir a agentes patogénicos de feridas particularmente terríveis, como o Staphylococcus aureus, e indicar uma alteração no equilíbrio ácido-base da ferida. Além disso, deverão indicar o risco de resistência aos antibióticos. Como os germes altamente patogénicos da ferida estão equipados com uma enzima específica, a beta-lactamase, que utilizam para inativar determinados antibióticos, o sensor contém corantes que são decompostos por esta enzima. Se as bactérias resistentes na ferida produzirem a enzima, o sensor emite um aviso claro ao brilhar sob luz UV. Na prática clínica quotidiana, o sensor de feridas permite assim um diagnóstico rápido e económico e um tratamento personalizado das feridas. O projeto pôde ser lançado graças aos generosos donativos da Fundação Philipp e Henny Bender, da Fundação Blumenau-Léonie Hartmann, da Fundação Hans Groeber e da Fundação Räschle.

Deteção fácil em amostras de urina

Outro membro desagradável do reino bacteriano é a Pseudomonas aeruginosa. Esta bactéria em forma de bastonete pode causar várias doenças, incluindo infecções do trato urinário, por exemplo, através de cateteres urinários durante um internamento hospitalar. E estes agentes patogénicos são frequentemente resistentes a vários antibióticos. Por isso, uma equipa de investigadores da Empa e da ETH Zurich desenvolveu um método que utiliza nanopartículas magnéticas para detetar as bactérias de forma rápida e precisa. Uma vez que as partículas magnéticas estão associadas a blocos de construção de proteínas que reagem exclusivamente com a Pseudomonas aeruginosa, as células bacterianas podem ser especificamente "pescadas" de amostras de urina utilizando um campo magnético.

No passo seguinte, a sensibilidade dos agentes patogénicos a vários antibióticos é analisada através de um método de quimioluminescência. Se existirem bactérias resistentes no tubo de ensaio, a amostra emite luz. No entanto, se os germes puderem ser mortos com antibióticos, o tubo permanece escuro. "No total, o teste de resistência demora cerca de 30 minutos - em comparação com vários dias para um cultivo clássico de culturas bacterianas", diz Qun Ren, chefe de grupo no laboratório de Biointerfaces da Empa em St. Isto torna possível determinar a terapia antibiótica apropriada num curto espaço de tempo - e assim prevenir o desenvolvimento de mais resistência.