Facultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales Facultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales-Universidad Nacional de Río Cuarto
Los apósitos son hidrogeles que contienen nanopartículas sintéticas y extractos de hierbas de las sierras de San Luis. Además, experimentan con materiales antibacteriales activados por luz contra infecciones intrahospitalarias asociadas a dispositivos biomédicos.
Centrados en sortear una de las mayores amenazas para la salud, cual es la resistencia a los antibióticos, investigadores de la Facultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales de la UNRC desarrollan parches dermatológicos para el tratamiento y desinfección de heridas, capaces de combatir cualquier tipo de bacterias, y crean nuevos materiales que evitan infecciones intrahospitalarias asociadas a dispositivos biomédicos.
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, incrementa los costos y aumenta la mortalidad.
Los parches son hidrogeles que están 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 incorporando 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. Es investigadora independiente del Conicet y desde el 2011 viene trabajando 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, mata bacterias causantes de infecciones severas y permite la regeneración de la piel sin efectos negativos para el organismo”, explicó la investigadora.
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 por ciento.
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 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 -ella es quien lleva a cabo los ensayos microbiológicos con bacterias y hongos-. Además, están el licenciado Gonzalo Cagnetta -tesista doctoral- y la estudiante Emilia Zambroni -becaria de la Secretaría de Ciencia y Técnica de la Universidad.
Alternativa a 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 las terapias 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 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.
“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, que 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 siguió: “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 están trabajando en colaboración con la doctora Ariana Posadaz, de Merlo -UNSL-.
Según la doctora María Lorena 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 1 por ciento en la masa total del material. Y el resto de los reactivos son de síntesis comunes de material. Además, con menos del 1 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 se.
La idea es buscar alternativas que no sean antibióticas. Porque los microrganismos, al estar tan expuestos, van buscando mecanismos de sobrevivencia.
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«Tratamos de buscar tecnologías amigables con el ambiente, ni tan invasivas, ni tóxicas”
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“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 facultativa.
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 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, es 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, que es un tipo de oxígeno reactivo, con propiedades tóxicas para las bacterias.
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 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”.
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 éste 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 de este grupo de Ciencias Exactas 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 se pueden unir a la matriz modificándola.
“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 María Lorena Gómez, a la vez que dijo 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).
Fuente: Prensa UNRC – Deolinda Abatedaga
