La carie della prima infanzia, una forma di grave carie che colpisce i bambini e i bambini in età prescolare, può dare ai bambini una vita di problemi dentali e di salute.

Il problema può essere abbastanza significativo e la chirurgia è l’unico modo efficace per trattarlo.

Recentemente alcuni ricercatori della School of Dental Medicine dell’Università della Pennsylvania hanno scoperto che, in molti casi, la carie della prima infanzia deriva dalla placca dentale che contiene sia batteri che funghi che lavorano insieme per rendere il biofilm sui denti più patogeno e difficile da rimuovere.

Ora hanno dimostrato che questi due tipi di microrganismi si uniscono per aumentare la resistenza ai farmaci, consentendo alle cellule fungine di evitare di essere uccise dalle terapie antifungine.

Tuttavia, il targeting simultaneo della matrice prodotta dai batteri insieme al fungo offre un modo per aggirare questa protezione.

“Le attuali modalità antimicrobiche per il trattamento della carie della prima infanzia hanno un’efficacia limitata”, afferma Hyun (Michel) Koo, professore nel dipartimento di ortodonzia e divisioni di odontoiatria pediatrica e salute orale nella scuola di medicina dentale di Penn.

“Le prove disponibili mostrano che le malattie associate al biofilm sono di natura polimicrobica, tra cui un mix di specie batteriche e fungine; pertanto un trattamento mirato a un solo tipo di microrganismo potrebbe non essere efficace.

Penso che questo lavoro ci dia un’idea dei modi alternativi per distruggere il biofilm cross-regno, un approccio combinatorio che considera i componenti fungini e batterici “.

Koo era l’autore senior del lavoro e Dongyeop Kim, un ricercatore post-dottorato, fu il primo autore.

Hanno collaborato con i gruppi dell’Università di Tel Aviv e dell’Università del Wisconsin-Madison per il lavoro, che è stato pubblicato nell’IsME Journal.

Negli ultimi anni, i ricercatori hanno osservato che la placca dentale nei bambini con carie della prima infanzia spesso conteneva Candida albicans, una specie fungina che normalmente colonizza le superfici della mucosa, oltre a Streptococcus mutans, i batteri generalmente associati alla carie.

Il lavoro nel laboratorio di Koo ha dimostrato che un enzima prodotto dai batteri, chiamato GtfB, può legarsi alla Candida e quando lo zucchero è presente (un segno dietetico nella carie infantile) una matrice polimerica appiccicosa si forma sulla sua superficie cellulare, consentendo al fungo di legarsi ai denti e associarsi con controparti batteriche.

Una volta insieme, questi organismi lavorano di concerto per aumentare la gravità della carie in un modello di roditore.

Comprendendo ciò, Koo, Kim e colleghi volevano vedere se un approccio su due fronti potesse scindere l’associazione sinergica e trattare efficacemente il biofilm.

“Inizialmente, abbiamo deciso di esaminare terapie clinicamente utilizzate in odontoiatria per attaccare o prevenire infezioni fungine o batteriche”, afferma Koo.

Sono venuti con il fluconazolo, che è usato come un antifungino e povidone ioduro, che è un agente antisettico con proprietà antibatteriche.

Utilizzati da soli per trattare i biofilm cresciuti su un materiale simile a un dente in laboratorio, i farmaci hanno avuto solo effetti moderati, confermando che la monoterapia non funziona molto bene contro i biofilm polimicrobici.

Ma in combinazione, i risultati sono stati molto più impressionanti.

“Abbiamo completamente sradicato l’infezione fungina, sia nei biofilm cresciuti in laboratorio, ma anche in quelli formati in vivo utilizzando un modello animale”, nota Koo, ma questo risultato è venuto senza migliorare l’attività antibatterica.

Per capire perché l’approccio combinato fosse così efficace contro C. albicans anche senza uccidere molti più batteri, i ricercatori hanno esaminato attentamente le immagini microscopiche ad alta risoluzione dei biofilm con le varie combinazioni di trattamento.

Hanno osservato che, nei biofilm non trattati e in quelli trattati esclusivamente con fluconazolo, il fungo era rivestito con un’abbondante matrice adesiva, che sembrava servire da scudo protettivo contro il composto antifungino.

Ma nei biofilm trattati con ioduro di povidone, la matrice è stata sostanzialmente ridotta, lasciando il fungo esposto al fluconazolo.

“Abbiamo pensato, è interessante”, dice Koo, e si è rivolto alla letteratura scientifica per saperne di più.

Hanno scoperto che i farmaci contenenti ioduro possono inibire l’attività di GtfB.

In una serie di esperimenti, hanno trovato che lo ioduro di povidone agiva come un potente inibitore della produzione di matrice adesiva.

L’agente era quasi 100 volte più potente come inibitore della matrice di quanto non fosse un agente antibatterico.

Ciò li portò all’ipotesi che la matrice servisse da “scudo per intrappolare la droga”, impedendo al fluconazolo di accedere e uccidere le cellule fungine.

Per vedere se distruggere la matrice potrebbe consentire al fluconazolo di penetrare e raggiungere il fungo, hanno collaborato con gli scienziati dell’Università di Tel Aviv per tracciare, in tempo reale, il fluconazolo marcato con fluorescenza mentre si muoveva attraverso un biofilm.

Prendendo le immagini a perdere tempo, hanno scoperto che il fluconazolo era intrappolato nella matrice, in gran parte non riuscendo a raggiungere le cellule fungine, che è stato ulteriormente confermato misurando direttamente il fluconazolo radiomarcato assorbito nella matrice.

Al contrario, il fluconazolo si muoveva facilmente all’interno delle cellule fungine quando si trovavano nei biofilm con la matrice disgregata dallo iodio povidone.

Utilizzando tre diversi dosaggi per distruggere la matrice, sia degradando direttamente la matrice o utilizzando batteri difettosi in GtfB, i ricercatori hanno scoperto che la capacità di uccidere gli antifungini del fluconazolo potrebbe essere completamente ripristinata, confermando il ruolo della matrice prodotta dai batteri nella promozione degli antifungini resistenza ai farmaci.

Il fungo stesso ha i suoi meccanismi per evitare di essere ucciso dagli antifungini, ma questa resistenza è esacerbata dall’effetto schermante della matrice, hanno scoperto i ricercatori.

Guardando al futuro, il team guidato da Penn spera che le loro scoperte portino a nuove strategie per il trattamento delle infezioni batteriche-fungine associate alla carie della prima infanzia e probabilmente ad altre malattie polimicrobiche.

Per la parte dei ricercatori, stanno facendo uso della nanotecnologia per sviluppare approcci mirati che possano mirare precisamente alla matrice e ai componenti fungini e batterici del biofilm orale.

Maggiori informazioni: Dongyeop Kim et al. Gli exopolisaccaridi derivati ​​da batteri potenziano la tolleranza ai farmaci antifungini in un biofilm orale cross-kingdom, The ISME Journal (2018). DOI: 10.1038 / s41396-018-0113-1
Riferimento alla rivista: ricerca su ISME Journal e ulteriori informazioni sul sito web

Fornito da: ricerca dell’Università della Pennsylvania e ulteriori informazioni sul sito web

CategoryCure, Patologie, Salute

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