Nota

Universidad Nacional de La Plata - Facultad de Ciencias Exactas

22 de Agosto de 2022 | 7 ′ 25 ′′

Analizan el hierro como material para implantes degradables y nanopartículas antibacterianas

Investigadores del INIFTA trabajan con polvos de hierro y magnesio para mejorar implantes y ensayan nanopartículas con capacidad para erradicar bacterias.

Este metal es biocompatible, se degrada en contacto con los fluidos biológicos y al finalizar su función no requiere una segunda cirugía para retirarlo

Las propiedades y las ventajas del hierro fueron descubiertas en el siglo XII antes de Cristo, precisamente desde el inicio de la denominada Edad del Hierro, cuando este metal comenzó a utilizarse para la fabricación de armas y herramientas. Hoy, a más de 3.200 años de aquel período, un equipo del Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA) de la UNLP y el Conicet, trabaja con polvos de hierro y magnesio para realizar implantes biodegradables y sintetiza nanopartículas de óxido de hierro con el fin de combatir infecciones bacterianas.

La doctora Natalia Fagali, investigadora del grupo IMBioMat del INIFTA –de la facultad de Ciencias Exactas– explicó a Argentina Investiga que “el hierro (Fe) en el cuerpo se degrada y, además, nuestro organismo ya lo tiene como uno de sus elementos esenciales. Recordemos que la hemoglobina lo necesita para poder transportar el oxígeno por el torrente sanguíneo a todas las células. Entonces, como nuestro cuerpo está preparado para utilizar ese hierro liberado desde un implante, además de transportarlo y almacenarlo, parece que la ecuación de la biocompatibilidad cierra sin deberle nada a nadie”.

“Por este motivo, surge la idea de usar este metal, que es biocompatible y se degrada en contacto con los fluidos biológicos, para que, al finalizar su función, no sea necesaria una segunda cirugía para retirarlo y que desaparezca del organismo”.

El problema que presenta el Fe cuando se lo utiliza como stent (malla que expande estructuras tubulares del cuerpo como vasos sanguíneos, esófago, uréter, etcétera) o en implantes ortopédicos, es que su velocidad de degradación es aún demasiado lenta. Esto hace que se parezca más a los implantes permanentes, con sus complicaciones habituales, tales como re-estenosis, terapia antiplaquetaria extensa, rechazo, entre otros, que a un implante degradable.

“Para acelerar su velocidad de degradación se propusieron diversas estrategias como alearlo con otros metales (algunos de ellos bastante menos biocompatibles que el hierro), modificar su estructura superficial, o mezclarlo con otros compuestos tales como polímeros. Una propuesta es mezclar íntimamente al hierro con el magnesio (Mg), para generar lo que se denomina una aleación meta-estable. El Fe y el Mg son metales que, al fundirse, no pueden formar una aleación. Entonces lo que se propone es, por procesos pulvimetalúrgicos (esto equivale a poner polvos de ambos elementos en un molino lleno de pequeñas bolitas de acero y mezclarlos a alta velocidad), obtener un polvo de Fe-Mg que luego permita obtener material masivo con el que construir diferentes implantes”.

Este trabajo se realiza en colaboración con el Grupo AVANZA dirigido por la doctora Marcela Lieblich del CENIM, España y la doctora Rosa Lozano Puerto del CIB Margarita Salas, España.

“Se propuso el magnesio ya que, al igual que el hierro, es muy biocompatible y necesario sobre todo en el metabolismo óseo, pero a diferencia de este último su velocidad de degradación es demasiado elevada, haciendo que se degrade antes de finalizar su función de sostén. Los resultados de nuestros estudios preliminares nos permitieron confirmar que la presencia de Mg induce una degradación más rápida del Fe, lo que hace que la velocidad de este proceso sea intermedia entre la del hierro y la del magnesio, además de tener una compatibilidad con cultivos celulares adecuada”, señaló la investigadora.

Otros estudios preliminares con el polvo de Fe-Mg compactado formando un disco, así como polvos embutidos en un polímero degradable (el PLLA), fueron promisorios en cuanto a la velocidad de degradación, mejorada con respecto al hierro puro, y la adecuada compatibilidad con cultivos celulares. Estos resultados permiten suponer que materiales formados por compactación a partir de estos polvos tendrán características adecuadas para la fabricación de implantes.

Por otro lado, ensayos realizados con bacterias también demostraron que, gracias a la presencia de magnesio, los polvos al degradarse tienen efecto antimicrobiano, lo que resultaría una ventaja adicional teniendo en cuenta los numerosos casos de falla de implantes por infección que se contabilizan en la actualidad. La emergencia de bacterias multi-resistentes a drogas ha convertido a las infecciones bacterianas en la principal amenaza para la salud pública y la economía. El uso incorrecto y abusivo de antibióticos ha dado lugar a la “era post-antibióticos”, en la que se hace imprescindible el desarrollo de nuevas estrategias de erradicación.

Los biofilms bacterianos son estructuras complejas compuestas por bacterias y matriz extracelular (MCE) que conforman un ecosistema dinámico y heterógeneo caracterizado por una elevada resistencia a la acción de antimicrobianos. Se encuentran localizados en ambientes muy diversos ya sea naturales, hospitalarios o industriales.

La doctora Natalia Fagali detalló: “Como una de las nuevas estrategias de erradicación de biofilms surge la aplicación de nanotecnologías. Entre ellas, las nanopartículas magnéticas de óxidos de hierro (SPIONs, de sus siglas en inglés) resultan útiles porque actúan directamente alterando o destruyendo físicamente la membrana de las bacterias, lo que minimiza la posibilidad de generar resistencia a drogas. Por otro lado, pueden generar canales en el biofilm por acción de campos magnéticos externos y permitir así el ingreso de antibióticos convencionales en tratamientos combinados”.

Pero, además, debido a su elevada área superficial expuesta y a sus propiedades magnéticas, constituyen una plataforma muy interesante para el transporte y la liberación de moléculas en sus sitios de acción (agentes antibacterianos, o para otras aplicaciones médicas tales como drogas antitumorales). Una importante ventaja adicional de las SPIONs es que, por sus propiedades magnéticas, pueden ser recicladas luego de cumplir su función sobre el biofilm utilizando un imán.

En los últimos años se ha desarrollado una gran variedad de nanotecnologías mediante las cuales es posible obtener nanopartículas (NPs) con propiedades específicas. Sin embargo, en las distintas etapas de obtención, la mayoría de las metodologías empleadas involucran reactivos sintéticos contaminantes tales como ácidos, agentes de recubrimiento, solventes, entre otros. Como una alternativa “verde”, surge la nanotecnología ecocompatible (NEC), que tiene como misión reducir la toxicidad de los nanoproductos y de los desechos de su síntesis, utilizando fuentes naturales, de baja o nula toxicidad, que permitan reemplazar y eliminar el uso y la generación de materiales peligrosos.

“De esta manera, nos encontramos trabajando en la síntesis de SPIONs, mediante metodologías NEC, basadas en técnicas electroquímicas, utilizando fitocompuestos fenólicos (FF) que pueden actuar como agentes estabilizantes a la vez de conferirle otras propiedades valiosas para aplicaciones en el área de salud o medio ambiente, lo que constituye el tema de tesis de la licenciada Mariángeles Carra”. “Los FF seleccionados se encuentran en alimentos naturales (como té, uvas, algarrobas, nueces, cacao) y desechos de la agroindustria argentina, lo que significa un menor volumen de residuos a la vez de otorgarles valor agregado”, concluyó la científica.

Eduardo Spínola
Universidad Nacional de La Plata

Dirección General de Comunicación y Medios
betina.rolfi@presi.unlp.edu.ar
www.unlp.edu.ar


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