Investigadores de la UAB y del ICN2 han desarrollado un material innovador para luchar contra la propagación de patógenos, las infecciones y la resistencia a los antimicrobianos. Inspirado en las sustancias secretadas por los mejillones para adherirse a las rocas, se puede utilizar como revestimiento para proteger tejidos para el cuidado de la salud y proporciona una alternativa eficaz a los materiales de uso común, como papel, algodón, mascarillas quirúrgicas y tiritas comerciales.

La investigación se publica en el Chemical Engineering Journal .

El uso excesivo de antibióticos ha llevado al desarrollo de resistencia a los antimicrobianos (RAM), una amenaza creciente para la salud pública en todo el mundo. La RAM ocurre cuando las bacterias cambian con el tiempo y ya no responden a los medicamentos, antibióticos y otros medicamentos antimicrobianos relacionados, lo que hace que las infecciones sean más difíciles de tratar y aumenta el riesgo de propagación de patógenos, enfermedades graves y muerte.

De hecho, la Organización Mundial de la Salud (OMS) y las Naciones Unidas (ONU) han informado que la resistencia a los antimicrobianos representa una gran amenaza para la salud humana en todo el mundo, probablemente superando al cáncer como principal causa de muerte en el mundo para 2050.

En este escenario, el desarrollo de materiales antibacterianos novedosos y más eficientes se ha vuelto esencial para reducir la propagación de patógenos y prevenir infecciones. De relevancia es el control de las poblaciones bacterianas en entornos sanitarios como hospitales y otras unidades sanitarias para evitar las denominadas infecciones nosocomiales, debidas principalmente a la colonización bacteriana en superficies biomédicas.

Hoy en día, este tipo de infección es la sexta causa de muerte en los países industrializados, y muy superior en el mundo en desarrollo, afectando especialmente a pacientes inmunocomprometidos y de cuidados intensivos (p. ej., quemaduras) y a aquellos con patologías crónicas como la diabetes.

Entre los diferentes materiales que pueden propagar poblaciones bacterianas, los tejidos representan una parte integral del cuidado del paciente:desde la ropa de médicos, cirujanos y enfermeras hasta cortinas médicas, sábanas, fundas de almohadas, mascarillas, guantes y vendajes, que están en contacto directo. con suturas y heridas. Por todas estas razones, los recubrimientos antibacterianos para tejidos médicos se han convertido en un campo de investigación muy activo.

Investigadores del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la UAB, del Instituto de Neurociencia de la UAB (INc-UAB) y del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) han desarrollado una familia de recubrimientos biocompatibles y bioinspirados producidos por la copolimerización entre catecol derivados y ligandos amino-terminales.

En base a esto, han demostrado que el uso de estos recubrimientos inspirados en mejillones como materiales antimicrobianos eficientes, se basa en su capacidad de evolucionar químicamente con el tiempo en presencia de aire y atmósferas húmedas, favoreciendo la formación continua de Especies Reactivas de Oxígeno (ROS). . De hecho, además de la formación de ROS, la metodología sintética da como resultado un exceso de grupos amino libres superficiales que inducen la alteración de las membranas patógenas.

"Uno de los principales componentes de los recubrimientos (catecol y derivados polifenólicos) se encuentra en las hebras secretadas por los mejillones, que son las responsables de su adhesión a las rocas en condiciones extremas, bajo agua salina", explica el catedrático de la UAB Víctor Yuste e investigador del ICN2 Salvio Suárez. "El hecho de que los recubrimientos que hemos desarrollado estén inspirados en este organismo les permite adherirse a prácticamente cualquier tipo de superficie y, además, son altamente resistentes a diferentes condiciones ambientales como la humedad o la presencia de fluidos.

"Además, los compuestos naturales ayudan a obtener materiales más biodegradables, biocompatibles y con menor resistencia antimicrobiana en comparación con otros sistemas bactericidas que acaban generando resistencia y, por tanto, pierden eficacia rápidamente."

Todos los equipos sanitarios de uso común, como papel, algodón, mascarillas quirúrgicas y apósitos comerciales, exhibieron actividad antibacteriana intrínseca de múltiples vías con respuestas rápidas contra un amplio espectro de especies microbianas. Esto incluye microorganismos que han desarrollado resistencia a condiciones ambientales extremas (como B. subtilis), así como patógenos considerados la principal fuente responsable de muchas infecciones actuales, particularmente aquellas adquiridas en centros de atención médica.

Estos patógenos abarcan microorganismos multirresistentes tanto gramnegativos (E. coli y P. aeruginosa) como grampositivos (S. aureus, S. aureus resistente a meticilina (MRSA y E. faecalis). Estos materiales también han demostrado eficacia contra hongos como C. albicans y C. auris.

Además, se demostró su aplicación eficiente en atmósferas húmedas, como las que se encuentran en entornos de atención médica, donde están presentes gotitas respiratorias y/u otros biofluidos, reduciendo así los riesgos de transmisión por contacto indirecto. Dicha actividad antimicrobiana se atribuyó a un proceso de destrucción por contacto directo, en el que el patógeno se adhiere inicialmente al recubrimiento mediante moléculas de catecol y otros derivados de polifenoles.

Luego, se activa un efecto antibacteriano de múltiples vías, enfocado principalmente en una generación sostenida de niveles de bioseguridad de ROS e interacciones electrostáticas con grupos amino próticos expuestos a la superficie. Estos mecanismos antibacterianos indujeron una respuesta rápida (180 minutos para bacterias y 24 horas para hongos) y eficiente (más del 99%) contra patógenos, causando daños irreversibles a los microorganismos.

Estos recubrimientos innovadores siguen una síntesis escalable y de un solo paso en condiciones suaves, utilizando materiales asequibles y metodologías basadas en química ecológica. Además, la naturaleza polifenólica de sus composiciones y la ausencia de agentes antimicrobianos externos adicionales mejoran la simplicidad de los recubrimientos bioinspirados y evitan la inducción de resistencia a los antimicrobianos y sus efectos citotóxicos en las células huésped y el medio ambiente.

Cabe mencionar que se afinaron diferentes parámetros como color, espesor y adherencia, ofreciendo así una solución adaptable a las diferentes demandas de la aplicación final del material. En general, los recubrimientos bioinspirados diseñados han demostrado un enorme potencial para su posterior aplicación clínica, ya que representan una alternativa viable a los materiales antimicrobianos existentes.

Más información: Jose Bolaños-Cardet et al, Recubrimientos bioinspirados a base de fenol para tejidos médicos contra la resistencia a los antimicrobianos, Chemical Engineering Journal (2024). DOI:10.1016/j.cej.2024.148674

Proporcionado por la Universidad Autónoma de Barcelona