Centrados en sortear una de las mayores amenazas para la salud, como es la resistencia a los antibióticos, investigadores de la Universidad Nacional de Río Cuarto desarrollan parches dermatológicos para el tratamiento y la desinfección de heridas, capaces de combatir cualquier tipo de bacterias; y crean nuevos materiales que evitan infecciones intrahospitalarias asociadas a dispositivos biomédicos.
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Es una novedosa respuesta científica desde la química ante una creciente necesidad clínica, puesto que cada vez es mayor el número de infecciones cuyo tratamiento se vuelve más difícil debido a la pérdida de eficacia de los antibióticos. La resistencia se produce cuando las bacterias mutan en respuesta al uso de estos fármacos. Y es un problema que prolonga las internaciones de los pacientes, aumenta la mortalidad e incrementa los costos.
Los parches son hidrogeles diseñados para cumplir múltiples funciones: material de barrera, regeneración de tejidos, aceleración de los procesos de cicatrización y tratamiento de infecciones cutáneas, entre otras. Para su fabricación se emplean técnicas amigables con el ambiente a partir de la incorporación de nanopartículas sintéticas y extractos naturales que mejoran las propiedades bactericidas y cicatrizantes.
Por otra parte, trabajan en el desarrollo de superficies antibacteriales activadas por luz, con materiales híbridos orgánicos-inorgánicos, beneficiosos para dispositivos biomédicos, tales como bandejas, soportes, recubrimientos, entre otros.
“Estamos con una patente en curso. El resultado es un parche de hidrogel con propiedad bactericida y cicatrizante. Mata bacterias, algunas muy resistentes”, dijo la doctora María Lorena Gómez, del Grupo de Fotoquímica y Materiales de la UNRC (PhotoMat), quien dirige este estudio. Gómez es investigadora independiente del Conicet y desde el 2011 trabaja en el Departamento de Química en esta nueva línea científica.
“Ya tenemos pruebas. Hemos incorporado a los parches algunos extractos naturales, ácido hialurónico y colágeno. Usamos lúpulo, con excelentes resultados. Es bactericida pero, a su vez, es biocompatible, es decir que mata a las bacterias causantes de infecciones severas y permite la regeneración de la piel sin efectos negativos para el organismo”, explicó la especialista a Argentina Investiga.
Para la comprobación, hicieron cultivos de bacterias en tubos y placas, y los pusieron en contacto con el parche para ver la evolución de las bacterias, que tienen una curva de crecimiento típico. Y se comprobó que en unas horas murió el 99,99%.
Gómez señaló: “Estamos abocados al desarrollo de nuevos materiales antibacteriales basados en silsesquioxanos con características y aplicaciones específicas. El eje es sintetizar, por un lado, materiales poliméricos obtenidos por fotopolimerización –técnica de fabricación que emplea luz–, los que se aplicarán al desarrollo de parches dermatológicos para el tratamiento y la desinfección de heridas de la piel y, por otro, películas de silsesquioxanos con colorantes que poseen propiedades bactericidas al ser irradiadas, para obtener superficies antibacteriales activadas por luz para uso biomédico”.
Y destacó: “La resistencia que las bacterias están desarrollando al tratamiento de infecciones con antibióticos representa una problemática actual y de creciente preocupación. Un abordaje integral implica desarrollar no sólo nuevas terapias sino, además, el diseño de nuevos materiales que den soluciones también a las infecciones intrahospitalarias asociadas a dispositivos biomédicos”.
Forman parte del equipo de trabajo los doctores Carlos Chesta, Rodrigo Palacios, Luis Ibarra y Sol Martínez –quien lleva a cabo los ensayos microbiológicos con bacterias y hongos. Además, el licenciado Gonzalo Cagnetta, tesista doctoral, y la estudiante Emilia Zambroni, becaria de la Secretaría de Ciencia y Técnica de la Universidad.
Una alternativa a las terapias antibióticas
“Estas aplicaciones fueron pensadas como alternativas ante los inconvenientes que presentan los tratamientos actuales con antibióticos y desinfectantes, que han llevado a que las bacterias desarrollen mecanismos de supervivencia tales que las convierten en ‘superbacterias’, cada vez más difíciles de tratar con la terapia de antibióticos convencionales”, explicó la doctora Gómez.
El equipo de la Universidad está centrado en el desarrollo de materiales híbridos antibacteriales basados en silsesquioxanos con características y aplicaciones específicas. Se propone sintetizar, por un lado, hidrogeles basados en monómeros acrílicos, vinílicos e iónicos obtenidos por fotopolimerización, para usarlos como parches dermatológicos para el tratamiento y la desinfección de heridas de la piel con silsesquioxanos funcionalizados en su estructura; y, por el otro, películas de silsesquioxanos puenteados que contienen colorantes y complejos bimetálicos para el desarrollo de superficies antibacteriales activadas por luz para uso biomédico.
Los silsesquioxanos son materiales híbridos, que tienen uniones silicio-oxígeno-silicio y, además, poseen grupos orgánicos, como los polímeros. Constituyen una familia de materiales híbridos orgánico-inorgánicos, usualmente producidos por la hidrólisis y la policondensación de monómeros. Esta reacción genera un polímero inorgánico con uniones Si-O-Si, donde cada átomo de Si está unido al grupo orgánico R -Si, es silicio; O es oxígeno y R es un compuesto orgánico. Eso mejora mucho las propiedades de los polímeros, que a veces son blandos y poco resistentes. “El hecho de tener estas uniones silicio-oxígeno-silicio los hace más resistentes a la temperatura, a agentes químicos; les da otras propiedades”, apunta Gómez. Y agrega: “Usamos los silsesquioxanos para mejorar la capacidad del material, pero además participan en el proceso de polimerización, actuando como co-iniciadores y entrecruzantes en la reacción. Partimos de monómeros, que es la unidad básica de la cadena polimérica y empleamos monómeros comerciales y silsesquioxanos funcionalizados, sintetizados en nuestro laboratorio. Y a la síntesis la hacemos empleando luz”.
“Tratamos de buscar tecnologías amigables con el ambiente, ni tan invasivas, ni tóxicas. Trabajamos en medios acuosos e iluminamos con LED de distintos colores, según el colorante que incorporemos”, comentó la investigadora, quien hizo un postdoctorado en Mar del Plata donde empezó a trabajar con los silsesquioxanos. Descubrió que funcionalizando estos materiales podían participar en los procesos de polimerización; que si se metía un colorante o algo que absorbiera la luz era posible emplearlos en fotopolimerización.
Y continuó: “Para hacer estos hidrogeles usamos riboflavina, que es la vitamina B2, o nanopartículas de polímeros conjugados, junto con los silsesquioxanos. Ahí ocurre una reacción de transferencia de electrones. Una ventaja de la técnica es que se mezclan todos los componentes que van a formar el material. El polímero, el colorante para que absorba la luz, el co-iniciador, que es el que va a generar radicales para que empiece la reacción en cadena, y también se agregan elementos con propiedades bactericidas y cicatrizantes, como ácido hialurónico, colágeno, aceites esenciales o extractos naturales de plantas. Esta técnica es muy ventajosa ya que abrevia pasos si se quiere llevar a escala industrial”.
El colágeno y el ácido hialurónico ayudan a la cicatrización; y el segundo también tiene propiedades bactericidas, al igual que los extractos naturales de plantas, como lúpulo, melisa, tomillo y orégano, que tienen propiedades medicinales, para lo cual trabajan en colaboración con la doctora Ariana Posadaz, de Merlo, San Luis, UNSL.
Según Gómez, es una alternativa bastante económica porque el silsesquioxano, que es el reactivo más caro, de síntesis de laboratorio, se usa en una proporción muy baja, al uno por ciento en la masa total del material. Y el resto de los reactivos son de síntesis comunes de material. Además, con menos del uno por ciento de extracto de plantas lograron excelentes resultados.
También se realizaron ensayos con parches a los que no se les hicieron agregados de extractos naturales y se vio que uno de los monómeros tiene también efectos bactericidas per sé. La idea es buscar alternativas que no sean antibióticas. Porque los microrganismos al estar tan expuestos van buscando mecanismos de sobrevivencia. “Se han hecho estudios y se ha visto que los parches son efectivos del mismo modo en bacterias resistentes como con hongos del género cándida. En general, hongos como patógenos oportunistas que pueden colonizar heridas. Estudiamos Staphylococcus aureus, que es una de las bacterias que más se encuentran en la superficie de la piel y hongos, por ser los microorganismos más comunes causantes de infecciones de la piel”, comentó la investigadora.
Los parches
Son dos trabajos con el mismo fin. Una de las dos propuestas está centrada en sintetizar materiales poliméricos obtenidos por una técnica de fabricación que usa luz llamada fotopolimerización, los que se aplicarán al desarrollo de parches dermatológicos para el tratamiento y la desinfección de cortaduras, arañazos y picaduras o heridas como consecuencias de accidentes o de incisiones quirúrgicas y suturas.
La infección ocurre cuando los gérmenes, como las bacterias, crecen dentro de la piel dañada. Los hidrogeles aplicados en las lesiones pueden absorber los exudados de la herida y además ir interactuando con la piel, y generando un efecto bactericida y, a la vez, regenerativo de las células de la piel. No es un antibiótico. Ataca cualquier bacteria, porque el mecanismo no es específico.
Ahora estudian la incorporación de un tipo de nanopartículas, que al ser activadas por luz liberan oxígeno singlete, un tipo de oxígeno reactivo con propiedades tóxicas para las bacterias. Al irradiar la zona del parche, se activa el mecanismo de generación de oxígeno y mata bacterias y hongos que puedan estar causando la infección. La piel herida debe estar en contacto con el parche y este, expuesto a la luz. El procedimiento requiere iluminar la zona, pero sobre el parche, que por ser translúcido permite el proceso antiséptico.
Superficies antibacteriales activadas por luz
La otra línea de trabajo está focalizada en sintetizar películas de silsesquioxanos que contengan colorantes con propiedades bactericidas, para obtener superficies antibacteriales activadas por luz para uso biomédico. Los silsesquioxanos que se usan en esta segunda parte son uniones silicio-oxígeno-silicio con grupos orgánicos que se van acomodando en la red. Son como vidrios, similares a los de las ópticas. Tienen una apariencia vidriosa, rígida, quebradiza.
Estos grupos orgánicos que están en la estructura facilitan la incorporación de otros compuestos, como colorantes, nanopartículas; que pueden unirse a la matriz y modificarla. “Hemos trabajado ya con colorantes, y vimos que se dispersan bien. Hicimos un estudio con una porfirina y colorantes de renio, irradiando estos compuestos; se genera oxígeno singlete (tóxico para las bacterias) y matan hongos, por ejemplo”, contó la investigadora Gómez, y agregó que para estos ensayos están trabajando en colaboración con los doctores Nancy Pizarro-Urzua y Andrés Vega, de la Universidad Andrés Bello de Viña del Mar (Chile).
Sintetizan unas moléculas, que son complejos de renio –metal de transición de color amarillo naranja, polvo sólido– y manganeso. Esas moléculas son capaces de generar oxígeno singlete. Y comprobaron, además, que por acción de la luz pueden liberar monóxido de carbono; que en pequeñísimas cantidades a nivel local también son tóxicas para las bacterias y los virus con los que están en contacto.
Entonces, como estos materiales son mucho más rígidos –pueden tornearse y darles distintas formas– los investigadores proponen usarlos para utensilios o recubrimientos, como una pintura. El entrecruzamiento, además de ser una reacción química, se da en la medida en que el solvente se evapora, por lo que podría servir para recubrir superficies como protección bactericida. Por eso, apuntan a obtener una lámina delgada y aplicarla para hacer recubrimientos.
Al estar en presencia de la luz, estos materiales actúan, liberan oxígeno y monóxido de carbono. A la zona se le aplica una lámpara de LED de colores que no afecta la vista ni los tejidos, pero mata bacterias y virus.
Transferencia
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Estos novedosos desarrollos serán luego transferidos al ámbito de la salud. Una posibilidad sería una empresa de base tecnológica, con científicos. Otra puede ser el trabajo en colaboración con alguna firma interesada en adquirir la tecnología. “Es un aporte, algo que podría ser adoptado por alguna empresa. Tiene una aplicación real por los resultados que hemos encontrado”, puntualizó Gómez.