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Cómo la investigación en animales está ayudando a combatir la resistencia a los antibióticos

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Las personas no esperan morir de una simple infección. Pero eso podría cambiar: el mundo se está quedando sin antibióticos efectivos.

Durante décadas, enfermedades como la gastroenteritis bacteriana y la colitis no han sido una amenaza grave para la salud, gracias a los antibióticos. Estas pequeñas moléculas pueden matar bacterias o evitar que se reproduzcan y se propaguen en el cuerpo. Sin embargo, antes de que los antibióticos estuvieran disponibles, la mortalidad general por infección bacteriana era más del 70 por ciento. Desde el descubrimiento de la penicilina, la gama de antibióticos utilizados para tratar infecciones ha aumentado enormemente.

Desafortunadamente, las bacterias que causan enfermedades también han evolucionado, y el uso excesivo o inapropiado de antibióticos ha llevado a la aparición de cepas resistentes, que ya no responden al tratamiento con antibióticos. La capacidad de adaptación de las bacterias, un proceso natural observado desde que se descubrió el primer antibiótico, se ha convertido cada vez más en un problema.


Sin antibióticos efectivos para la prevención y el tratamiento de infecciones, las bacterias persisten en el cuerpo, lo que aumenta el riesgo de propagación a otros. Los procedimientos médicos como el trasplante de órganos, la quimioterapia contra el cáncer, el control de la diabetes y la cirugía mayor (por ejemplo, cesáreas o reemplazos de cadera) se convierten en un riesgo muy alto y los médicos carecen de nuevos medicamentos para desafiar estas superbacterias emergentes.

En la búsqueda de nuevos antibióticos o una nueva forma de combatir las superbacterias, la investigación con animales juega un papel clave. Anna Napolitano habló con dos investigadores imperiales en el campo sobre su trabajo y por qué todavía es necesario usar animales.

Las bacterias están luchando

La Dra. Sophie Helaine, ex profesora titular de los CMBI en el Imperial College y ahora en la Escuela de Medicina de Harvard, se ha centrado en encontrar formas de derrotar a las superbacterias desde los primeros días de su carrera.

Sophie espera encontrar una vacuna contra la infección por Salmonella, una bacteria comúnmente propagada responsable de una amplia gama de enfermedades, desde la gastroenteritis hasta la fiebre tifoidea. Antes fáciles de controlar con tratamientos con antibióticos, hoy en día las cepas bacterianas resistentes a múltiples fármacos se han convertido en un enemigo difícil de combatir.


Para sus estudios, Sophie usa ratones, ya que son un huésped natural para algunas cepas de Salmonella. Los modelos de ratón de Salmonella se han utilizado durante mucho tiempo, y los científicos han aprendido mucha información útil sobre estas terribles bacterias.

"Hasta ahora, los antibióticos se examinaron en las células, y el que estaba funcionando en las células se probó en animales y finalmente en ensayos clínicos", dijo. "Sin embargo, la forma en que los antibióticos matan las bacterias en los cultivos de laboratorio es muy diferente de la forma en que responden a las mismas drogas en un animal".

"Los científicos de todo el mundo se han dado cuenta de que muchos compuestos que parecían incapaces de matar bacterias son realmente excelentes cuando la bacteria ya está luchando para combatir la respuesta inmune del organismo infectado. Esto demostró claramente la importancia de probar compuestos durante una infección real".

El Dr. Helaine trabaja principalmente para comprender la base de la infección: cómo las bacterias establecen una infección una vez que están en el organismo, y qué señales utiliza para iniciar el estado infeccioso para su propio beneficio. Saber más sobre este proceso inicial es esencial para entender por qué los antibióticos existentes a veces dejan de funcionar y encuentran nuevas formas de optimizarlos.

"No había forma de que pudiéramos usar bacterias genéticamente modificadas en los pacientes, y sin ellas no podríamos entender realmente el principio molecular de la infección y por qué algunas bacterias, llamadas persistentes, pueden escapar del tratamiento con antibióticos y persisten en el cuerpo como reserva que dará lugar a nuevas enfermedades más agresivas ".

El uso de animales tiene algunas limitaciones. Los animales de laboratorio se mantienen en condiciones específicas que difieren de lo que sucede en la vida real. Por un lado, esto es útil porque los investigadores pueden estudiar una infección específica sin los llamados 'factores perturbadores' (todas las condiciones que se presentan en un entorno salvaje, como otras patologías o factores, y que pueden influir en la lectura de una infección con un solo organismo). Utilizando animales de laboratorio, también pueden analizar todos los efectos que la enfermedad específica tiene en los órganos del cuerpo vivo y analizar cómo evoluciona la enfermedad desde la infección inicial hasta las etapas finales.


Sin embargo, la respuesta de un paciente a la infección puede ser mucho más complicada que lo que sucede en un animal de laboratorio, y múltiples factores pueden influir en el resultado de la enfermedad. Por esta razón, la experimentación con animales siempre se ve como un trampolín hacia nuevos tratamientos.

Según el Dr. Helaine, este obstáculo es esencial: pasar del tubo de ensayo al humano puede ser muy peligroso sin toda la información obtenida a través de los estudios intermedios en animales. Además, hay mucho más de lo que podemos aprender de los estudios en animales: cómo funcionan exactamente los medicamentos, cómo se comporta el sistema inmunitario en presencia de la infección, etc. El estudio de todos esos factores directamente en humanos no es factible.

Cómo la investigación en animales está ayudando a combatir la resistencia a los antibióticos

Entendiendo el microbioma

El profesor Gad Frankel, de la Facultad de Ciencias Naturales, también utiliza modelos animales en su investigación. Su trabajo se centra principalmente en infecciones intestinales y pulmonares, causadas por dos bacterias diferentes: Escherichia coli y neumonía por Klebsiella. El profesor Frankel cree que los modelos de ratones que usa son esenciales para combatir la aparición de cepas resistentes a los antibióticos.

"Se pueden hacer muchas cosas en las placas de Petri, pero luego, cuando se trata de probar la eficacia y la potencia de los antibióticos, hay que mirar los modelos animales".

Como explica el profesor Frankel, los antibióticos se administran principalmente por vía oral y, por lo general, no son selectivos: el tratamiento con antibióticos no solo mata las bacterias peligrosas, sino también todas las bacterias comensales que viven en nuestros cuerpos y son esenciales para nuestro bienestar, los llamados microbiota

"Es esencial comprender cuál es el impacto de los antibióticos en la microbiota y cómo esto afecta la propagación de la enfermedad. También debemos entender cómo mitigar los efectos negativos y ayudar a la microbiota intestinal a recuperarse del shock del tratamiento con antibióticos". "

Por ahora, el uso de modelos animales es, con mucho, la forma más efectiva de entender cómo funcionan los antibióticos en un organismo, explica el profesor Frankel. Algunas investigaciones utilizan organoides (cultivos de tejidos tridimensionales que replican gran parte de la complejidad de un órgano), pero tienen limitaciones. El profesor Frankel dice:

"Los organoides le brindan mucha información, pero ¿recapitulan de manera precisa y completa lo que sucede en el cuerpo? Si observa los organoides intestinales, por ejemplo, generalmente no tienen microbiota intestinal presente o el sistema inmunitario alrededor. Necesita recrearse y no va a ser tan complejo como lo que se encuentra en el intestino de un organismo vivo ".

Estos sistemas de cultivo celular son beneficiosos para estudiar cómo se desarrollan las infecciones. Sin embargo, como dice el profesor Frankel: "Para la infección, creo que todavía falta algo en el sistema de laboratorio. Y realmente no importa si es una infección pulmonar o intestinal, el microbioma seguirá desempeñando un papel y para entender cuál es este papel, necesitamos usar animales ".

Superando la resistencia

Para los pacientes que llegan al hospital gravemente enfermos con infección, los médicos tienen que tomar una decisión casi instantánea sobre el tipo de antibiótico a administrar: no hay tiempo para identificar la bacteria que infecta o comprobar si son resistentes a los antibióticos. A veces la decisión es incorrecta, y los pacientes reciben un antibiótico para el cual las bacterias que causan la enfermedad son resistentes. Una pregunta importante es si este mal uso accidental del antibiótico es neutral o puede empeorar la situación.

El profesor Frankel está usando modelos animales para investigar esto. A pesar de las diferencias sustanciales entre ratones y humanos, si somos capaces de replicar la situación clínica en el modelo de ratón, los resultados se pueden traducir al cuidado del paciente. En su investigación, el profesor Frankel modela lo que sucede durante las infecciones pulmonares con Klebsiella resistente cuando se tratan con antibióticos a los que la bacteria es resistente.

"Tengo un compañero clínico maravilloso (Dr. Josh Wong), es médico y vino a buscarme hace unos dos años. Trabaja en unidades de cuidados intensivos y me dijo: estoy perdiendo muchos de mis pacientes a la infección por Klebsiella, ya que son resistentes a los antibióticos, quiero entender lo que está sucediendo. Fue una oportunidad para acercarme a la línea del frente de la infección ".

Si bien es necesario usar animales para este importante trabajo, los investigadores limitan la cantidad de animales que tienen que usar.

Como señala el profesor Frankel: "En nuestras instalaciones para animales, tenemos probablemente una de las plataformas de imágenes in vivo más sofisticadas disponibles, por lo que podemos ver la colonización en tiempo real utilizando bacterias bioluminiscentes. Esto nos permite seguir al mismo animal a lo largo del tiempo con mejor monitoreo del desarrollo de la enfermedad, mientras se usan menos animales.

"Además, hemos comprado un sistema de monitoreo muy sofisticado que en el futuro nos permitirá medir los parámetros fisiológicos (frecuencia cardíaca, frecuencia respiratoria y saturación de oxígeno) de forma continua, para que podamos pasar de tener puntos finales de tiempo después de la infección, para tener criterios de valoración clínicos: un sistema que se asemeja a lo que le sucede a los humanos. Tener tales mediciones fisiológicas también reducirá la variabilidad experimental, lo que nuevamente nos permite utilizar menos animales para obtener resultados significativos y sólidos ".

Gracias a esas tecnologías, el Dr. Wong y el profesor Frankel podrán encontrar nuevos objetivos para desarrollar nuevos antibióticos o nuevos tratamientos contra bacterias resistentes, utilizando menos ratones.

Como el Dr. Helaine y el profesor Frankel han señalado firmemente, la población humana se está quedando sin antibióticos: los investigadores necesitan encontrar otros nuevos y que funcionen de manera más eficiente. En esta lucha contra la enfermedad, la investigación en animales sigue jugando un papel esencial para ayudar a los investigadores a encontrar nuevos medicamentos, pero también para entender por qué los antibióticos actuales no funcionan, y si podemos intervenir y cómo podemos hacerlo.

Sin embargo, la comunidad científica es muy consciente de que la investigación en animales no es el único jugador; También existe la necesidad de hacer un mejor uso de los antibióticos actuales para mejorar su vida media. Es un enemigo que debe abordarse en ambos lados, y cada uno es igualmente esencial.



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