El polímero propuesto, con su columna vertebral mostrada en azul, crea regiones con una alta densidad local de unidades laterales de cobre (colgantes). Esto ayuda a reducir Cu (II) a Cu (I), el paso más difícil en la reacción redox mostrada, para finalmente producir más radicales hidroxilo (-OH). Crédito:Profesor asistente Shigehito Osawa
El descubrimiento de los antibióticos supuso un gran avance en la medicina, lo que ayudó a salvar innumerables vidas. Desafortunadamente, su uso generalizado ha dado lugar a la rápida evolución de cepas bacterianas altamente resistentes, que amenazan con llevar a la humanidad al punto de partida en la lucha contra las enfermedades infecciosas. Aunque los investigadores están buscando nuevos conceptos de diseño para fármacos antibacterianos, el desarrollo general de nuevos agentes está disminuyendo actualmente.
Para abordar este grave problema, científicos de la Universidad de Ciencias de Tokio, Japón, están explorando un enfoque novedoso para impulsar la actividad antibacteriana in vivo del peróxido de hidrógeno (H 2 O 2 ), un desinfectante de uso común. En un estudio reciente publicado en Comunicaciones Macromoleculares Rápidas , un equipo dirigido por el profesor asistente Shigehito Osawa y el profesor Hidenori Otsuka informó sobre su éxito en la mejora de H 2 O 2 actividad utilizando polímeros que contienen cobre cuidadosamente diseñados.
Para entender su enfoque, ayuda saber cómo H 2 O 2 actúa contra las bacterias en primer lugar, y el papel que juega el cobre. H 2 O 2 se puede descomponer en un radical hidroxilo (OH) y un anión hidróxido (OH-), el primero de los cuales es altamente tóxico para las bacterias, ya que destruye fácilmente ciertas biomoléculas. Cobre en su primer estado de oxidación, Cu (yo), puede catalizar la división de H 2 O 2 en un radical hidroxilo y un anión hidróxido, convirtiéndose en Cu (II) en el proceso por oxidación. Curiosamente, H 2 O 2 también puede catalizar la reducción de Cu (II) a Cu (I), pero solo si esta reacción se facilita de alguna manera. Una forma de lograr esto es hacer que los complejos que contienen Cu (II) se acerquen lo suficiente.
Sin embargo, cuando se utilizan complejos que contienen Cu (II) disueltos en una solución, la única forma de que se acerquen es chocando accidentalmente entre sí, que requiere una concentración excesivamente alta de cobre. El equipo encontró una solución a este problema inspirándose en la química celular, como explica el Dr. Osawa:"En los organismos vivos, el cobre forma complejos con las proteínas para catalizar eficazmente las reacciones redox. Por ejemplo, La tirosinasa tiene dos sitios complejos de cobre muy próximos entre sí, lo que facilita la formación de intermediarios de reacción entre especies de oxígeno y complejos de cobre. Pensamos que podríamos aprovechar este tipo de mecanismo en polímeros producidos artificialmente con complejos de cobre, incluso si se dispersa en una solución ".
Con esta idea los investigadores desarrollaron una cadena polimérica larga con dipicolilamina (DPA) como complejos que contienen cobre. Estos complejos DPA-cobre se unieron a la cadena principal del polímero como "grupos colgantes". Cuando estos polímeros se dispersan en una solución, los átomos de Cu (II) en los grupos colgantes se mantienen muy cerca y con densidades localmente altas, aumentando enormemente las posibilidades de que dos de ellos estén lo suficientemente cerca como para ser reducidos a Cu (I) por H 2 O 2 . A través de varios experimentos, Los científicos demostraron que el uso de estos polímeros hechos a medida resultó en una mayor actividad catalítica para la división de H 2 O 2 , resultando en más OH incluso para concentraciones más bajas de cobre. Otras pruebas con cultivos de Escherichia coli demostraron que estos polímeros mejoraron en gran medida el potencial antibacteriano de H 2 O 2 .
Si bien los resultados de este estudio abren una nueva vía de diseño para medicamentos antimicrobianos, También puede haber aplicaciones útiles en la industria alimentaria. "Dado que el cobre es un nutriente esencial para los organismos vivos, el agente antibacteriano desarrollado en este estudio es prometedor como conservante de alimentos eficaz, lo que podría contribuir a aumentar la variedad de alimentos que se pueden conservar durante largos periodos de almacenamiento, "destaca el Dr. Osawa. Esperemos que esta nueva estrategia nos facilite mantener a raya las amenazas microscópicas.
