Al hacer pegamento inteligente, un equipo de ingenieros descubrió un subproducto útil:el peróxido de hidrógeno. En forma de microgel, reduce la capacidad de las bacterias y los virus para infectar en al menos un 99 por ciento.

El proyecto de doctorado de Hao Meng se centró en las pruebas de biocompatibilidad y la extracción de un aminoácido pegajoso de los mejillones. El catecol similar al pegamento es prometedor para los adhesivos inteligentes (una pequeña descarga eléctrica puede activar y desactivar la pegajosidad), pero ese no es su único uso potencial.

"En el proceso, Meng descubrió que la reacción química generaba peróxido de hidrógeno como subproducto de la oxidación, "dice Bruce Lee, profesor asociado de ingeniería biomédica y Ph.D. de Meng. asesor de la Universidad Tecnológica de Michigan. "Ella empezó a pensar, ¿y si pudiéramos usar el peróxido de hidrógeno? "

La respuesta es sí, y la tecnología que lo hace portátil, posible desinfectante curativo es el tema de un nuevo artículo publicado en Acta Biomaterialia . El trabajo reunió a un equipo interdisciplinario de ingenieros para explorar no solo el desarrollo tecnológico, sino también las propiedades físicas y biológicas del material.

Los coautores incluyen a Caryn Heldt, Cátedra James y Lorna Mack de Bioingeniería en Ingeniería Química, y Megan Frost, presidente interino del Departamento de Kinesiología y Fisiología Integrativa, así como profesor asociado de ingeniería biomédica y profesor asociado afiliado de ciencia e ingeniería de materiales.

Como gelatina

Después de que Meng observó por primera vez que sus reacciones creaban peróxido de hidrógeno, empezó a considerar la mejor forma de poner el subproducto. Quería mucha superficie para potenciar la reacción química y quería una forma de reutilizar el material. Entonces, el equipo hizo un microgel.

"El gel es como gelatina, "Lee dice." Es una red de polímeros con mucha agua. Y como gelatina comenzamos con un líquido y lo solidificamos en una forma ".

Los microgeles son como pequeñas burbujas de gelatina. A simple vista la forma seca es un polvo indescriptible. Suspenda en una solución con pH neutro o ligeramente alcalino, como agua destilada o una solución salina como limpiador de lentes de contacto, y el ciclo del peróxido de hidrógeno se pone en marcha. Dejado a sus propios dispositivos, los microgeles del tamaño de una micra generaron entre uno y cinco milimolares durante cuatro días. Una vez que el polvo de microgel se seca nuevamente, el material básicamente se reinicia, se sienta de forma segura dentro de una pequeña bolsa, y se puede reutilizar. Es como una botella de desinfectante a pedido, sin la botella voluminosa y los problemas de almacenamiento peligrosos.

Antimicrobiano y Antiviral

La inspiración para esa icónica botella marrón en el botiquín no comenzó en un laboratorio; el cuerpo produce de forma natural peróxido de hidrógeno para ayudar a curar los cortes y la sustancia se ha utilizado ampliamente con fines medicinales para matar bacterias e incluso virus. Debido a que el polvo de microgel continúa creando y liberando peróxido de hidrógeno, su potencia permanece alta, especialmente en comparación con la técnica de la bola de algodón de la vieja escuela.

El equipo estudió los efectos del microgel en dos cepas bacterianas comunes y dos virus estructuralmente diferentes. Eso incluye Staphylococcus epidermidis grampositivo y de paredes delgadas, así como la Escherichia coli (E. coli) más impenetrable y gramnegativa. También observaron el parovirus porcino no envuelto extremadamente resistente (PPV) y más fácil de inactivar el virus de la diarrea viral bovina envuelto (BVDV). Debido a la cubierta de proteína dura alrededor del PPV, lo que hace que éste y otros virus no envueltos sean más resistentes a los biocidas, el equipo se sorprendió gratamente al ver que el microgel aún reducía la capacidad del virus para infectar células en un 99,9 por ciento. (En términos técnicos, es un valor de infectividad de reducción de tres logaritmos). Con BVDV, observaron una reducción del 99,999 por ciento en la infectividad.

Del campamento a los campos de batalla

Las posibilidades son casi infinitas. Dondequiera que pueda ir una pequeña bolsa, también podría esta tecnología. Ya sea un viaje por el campo, estaciones espaciales, clínicas remotas o zonas de guerra, un poco de curación para prevenir infecciones puede ser de gran ayuda. Si bien Lee y su equipo dicen que la tecnología no está lista para Amazon Prime, tienen la esperanza de que el trabajo sea prometedor para una variedad de aplicaciones, quizás incluso con resistencia a los antibióticos.

"Aún no hemos probado ninguna cepa bacteriana resistente a los antibióticos, pero cuanto más podamos alejarnos del uso de antibióticos en primer lugar, el mejor, "Lee dice." Aún queda mucho trabajo por hacer. Queremos demostrar en qué condiciones promueve la curación y cómo responde una célula. El peróxido de hidrógeno en altas concentraciones también puede matar células, así que necesitamos tener un equilibrio que cambie para diferentes tipos de células ".

Lee recibió recientemente fondos de la Oficina del Subsecretario de Defensa para la Salud del Departamento de Defensa a través del Programa de Investigación y Desarrollo Médico de Defensa para continuar con esta línea de investigación. Lo que comenzó con los desechos de una proteína pegajosa se refinará para convertirlo en un Polvo de microgel portátil y reciclable con suficiente fuerza para eliminar incluso las infecciones bacterianas y virales más rebeldes.