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– Las nanoplaquetas de grafito integradas en las superficies médicas de plástico pueden prevenir infecciones, matando al 99.99 por ciento de las bacterias que intentan adherirse: una solución potencial barata y viable para un problema que afecta a millones, cuesta enormes cantidades de tiempo y dinero, y acelera la resistencia a los antibióticos. Esto es según una investigación de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, en la revista Small.
Cortesía de la Universidad de Chalmers: Cada año, más de cuatro millones de personas en Europa se ven afectadas por infecciones contraídas durante los procedimientos de atención médica, según el Centro Europeo para la Prevención y el Control de Enfermedades (ECDC). Muchas de estas son infecciones bacterianas que se desarrollan alrededor de dispositivos médicos e implantes dentro del cuerpo, como catéteres, prótesis de cadera y rodilla o implantes dentales. En el peor de los casos, los implantes deben retirarse.
Las infecciones bacterianas como esta pueden causar un gran sufrimiento a los pacientes y le cuestan a los servicios de salud enormes cantidades de tiempo y dinero. Además, actualmente se usan grandes cantidades de antibióticos para tratar y prevenir tales infecciones, lo que cuesta más dinero y acelera el desarrollo de resistencia a los antibióticos.
“El propósito de nuestra investigación es desarrollar superficies antibacterianas que puedan reducir la cantidad de infecciones y la posterior necesidad de antibióticos, y a las cuales las bacterias no puedan desarrollar resistencia. Ahora hemos demostrado que las superficies a medida formadas por una mezcla de nanoplaquetas de polietileno y grafito pueden matar al 99,99 por ciento de las bacterias que intentan adherirse a la superficie “, dice Santosh Pandit, investigador postdoctoral en el grupo de investigación del profesor Ivan Mijakovic en la División de Biología de Sistemas, Departamento de Biología y Biotecnología, Universidad Tecnológica de Chalmers.
“Excelentes efectos antibacterianos”
Las infecciones en los implantes son causadas por bacterias que viajan alrededor del cuerpo en fluidos como la sangre, en busca de una superficie a la que adherirse. Cuando aterrizan en una superficie adecuada, comienzan a multiplicarse y forman una biopelícula, un recubrimiento bacteriano.
Estudios previos de los investigadores de Chalmers mostraron cómo las escamas verticales de grafeno, colocadas en la superficie de un implante, podrían formar una capa protectora, haciendo imposible que las bacterias se adhieran, como picos en los edificios diseñados para evitar que las aves aniden. Las escamas de grafeno dañan la membrana celular, matando a las bacterias. Pero producir estos copos de grafeno es costoso y actualmente no es factible para la producción a gran escala.
“Pero ahora, hemos logrado los mismos efectos antibacterianos sobresalientes, pero utilizando nanoplaquetas de grafito relativamente económicas, mezcladas con un polímero muy versátil. El polímero, o plástico, no es inherentemente compatible con las nanoplaquetas de grafito, pero con las técnicas estándar de fabricación de plástico, logramos adaptar la microestructura del material, con cargas de relleno bastante altas, para lograr el efecto deseado. Y ahora tiene un gran potencial para una serie de aplicaciones biomédicas “, dice Roland Kádár, profesor asociado del Departamento de Ciencia Industrial y de Materiales de Chalmers.
No daña las células humanas.
Las nanoplaquetas en la superficie de los implantes previenen la infección bacteriana pero, fundamentalmente, sin dañar las células humanas sanas. Las células humanas son alrededor de 25 veces más grandes que las bacterias, por lo que, si bien las nanoplaquetas de grafito se cortan y matan las bacterias, apenas arañan una célula humana.
“Además de reducir el sufrimiento de los pacientes y la necesidad de antibióticos, los implantes como estos podrían generar menos requisitos para el trabajo posterior, ya que podrían permanecer en el cuerpo por mucho más tiempo que los que se usan hoy en día”, dice Santosh Pandit. “Nuestra investigación también podría contribuir a reducir los enormes costos que tales infecciones causan a los servicios de atención médica en todo el mundo”.
La orientación correcta es el factor decisivo.
En el estudio, los investigadores experimentaron con diferentes concentraciones de nanoplaquetas de grafito y el material plástico. Una composición de alrededor de 15-20 por ciento de nanoplaquetas de grafito tuvo el mayor efecto antibacteriano, siempre que la morfología sea altamente estructurada.
“Como en el estudio anterior, el factor decisivo es orientar y distribuir las nanoplaquetas de grafito correctamente. Deben ordenarse con mucha precisión para lograr el máximo efecto ”, dice Roland Kádár.
El estudio fue una colaboración entre la División de Sistemas y Biología Sintética en el Departamento de Biología e Ingeniería Biológica, y la División de Materiales de Ingeniería en el Departamento de Ciencia Industrial y de Materiales en Chalmers, y la compañía médica Wellspect Healthcare, que fabrica catéteres, entre otras cosas. Las superficies antibacterianas fueron desarrolladas por Karolina Gaska cuando era investigadora postdoctoral en el grupo del profesor asociado Roland Kádár.
Los esfuerzos futuros de los investigadores se centrarán ahora en liberar todo el potencial de las superficies antibacterianas para aplicaciones biomédicas específicas.
Para obtener más información, póngase en contacto con nosotros:
Departamento de Biología y Biotecnología, Chalmers:
Pandit, Santosh Mijakovic, Ivan
Investigador Postdoctoral Profesor
pandit@chalmers.se ivan.mijakovic@chalmers.se
+46 729 48 40 11
Departamento de Ciencia e Industria de Materiales, Chalmers:
Roland Kádár
Profesor asociado
roland.kadar@chalmers.se
+46 031 772 12 56
Texto: Susanne Nilsson Lindh y Joshua Worth
Ilustración: Yen Strandqvist
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