Un recubrimiento antimicrobiano inspirado en los mejillones protege los tejidos sanitarios para evitar infecciones

El uso excesivo de antibióticos ha llevado al desarrollo de resistencia a los antimicrobianos, una amenaza creciente para la salud pública en todo el mundo. Esta resistencia ocurre cuando las bacterias cambian con el tiempo y ya no responden a los medicamentos, antibióticos y otros fármacos antimicrobianos relacionados, lo que hace que las infecciones sean más difíciles de tratar y aumenta el riesgo de propagación de patógenos, de 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, y probablemente superará al cáncer como principal causa de muerte en el mundo para 2050. En este escenario, el desarrollo de materiales antibacterianos más eficaces se ha vuelto esencial para reducir la propagación de patógenos y prevenir infecciones. El control de poblaciones bacterianas es de especial relevancia en entornos sanitarios como hospitales y centros de salud 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 todavía tiene más peso en los países en vías de desarrollo. Afecta especialmente a pacientes inmunodeprimidos, en cuidados intensivos (por ejemplo, por quemaduras) y con patologías crónicas como la diabetes, entre otros casos. 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 de Biología Molecular de la UAB, del Instituto de Neurociencias de la UAB (INc-UAB) y del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) han desarrollado una familia de recubrimientos biocompatibles y bioinspirados producidos por la copolimerización entre derivados de catecol y ligandos amino-terminales. En base a esto, han demostrado el uso de estos recubrimientos inspirados en los mejillones como materiales antimicrobianos eficientes basándose en su capacidad de evolucionar químicamente con el tiempo en presencia de aire y de 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 de los patógenos.

"Uno de los principales componentes que conforman los recubrimientos (el catecol y los derivados polifenólicos) se encuentra en los filamentos que secretan los mejillones y que son responsables de su adhesión a las rocas en condiciones extremas, bajo el agua con salinidad", explican el profesor de la UAB Víctor Yuste y el investigador del ICN2 Salvio Suárez. “El hecho de que los recubrimientos que hemos desarrollado estén inspirados en este organismo permite que se adhieran a prácticamente cualquier tipo de superficie y que, además, presenten una elevada resistencia hacia distintas condiciones ambientales como la humedad o la presencia de fluidos. Además, los compuestos naturales favorecen obtener materiales más biodegradables, biocompatibles y con menor resistencia antimicrobiana comparada con otros sistemas bactericidas que acaban generando resistencia y, por tanto, pierden rápidamente efectividad.”

Todos los materiales de uso sanitario común que fueron recubiertos —papel, algodón, mascarillas quirúrgicas y tiritas 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 el B. subtilis), así como patógenos considerados como los principales responsables de muchas infecciones actuales, particularmente las adquiridas en centros de atención médica. Estos patógenos abarcan microorganismos multirresistentes de bacterias tanto gramnegativas (E. coli y P. aeruginosa) como grampositivas (S. aureus, S. aureus resistente a meticilina – MRSA y E. faecalis). Estos materiales también han mostrado 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 sanitarios, donde están presentes gotitas respiratorias y otros biofluidos, reduciendo así el riesgo de transmisión por contacto indirecto. Dicha actividad antimicrobiana se atribuyó a un proceso inicial de destrucción por contacto directo, en el que el patógeno se adhiere inicialmente al recubrimiento mediante moléculas de catecol y otros derivados de polifenol. Posteriormente se activa un efecto antibacteriano de múltiples vías, enfocado principalmente en generar de manera sostenida niveles de bioseguridad de ROS y 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, y provocaron daños irreversibles en los microorganismos.

Estos recubrimientos innovadores siguen una síntesis escalable y de un solo paso utilizando materiales asequibles y metodologías basadas en química ecológica. Además, la naturaleza polifenólica de su composición y la ausencia de agentes antimicrobianos externos adicionales mejoran la simplicidad de los recubrimientos bioinspirados y evitan la inducción de resistencia antimicrobiana 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 ser aplicados en entornos sanitarios, ya que representan una alternativa viable a los materiales antimicrobianos existentes.

El trabajo es fruto de una colaboración entre la UAB (Víctor J. Yuste del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular y del Instituto de Neurociencias) e investigadores del ICN2 (Daniel Ruiz-Molina y Salvio Suárez-García). El primer autor del estudio es el estudiante de doctorado del Departamento de Bioquímica y de Biología Molecular de la UAB, José Bolaños-Cardet.

Financiación: Este trabajo fue apoyado por la subvención PID2021-127983OB-C21 financiada por MCIN/AEI/10.13039/501100011033/ y FEDER “A way to make Europe”, y SAF2017-83206-R financiada por MCIN/Gobierno de España y FEDER “A way to make Europe”. El ICN2 está financiado por el programa CERCA/Generalitat de Catalunya. El ICN2 cuenta con el apoyo del programa de Centros de Excelencia Severo Ochoa, Beca CEX2021-001214-S, financiada por MCIN/AEI/10.13039.501100011033. José Bolaños-Cardet recibe la beca “Investigador Personal en Formación” (2020/D/LE/CC/3) de la Universitat Autònoma de Barcelona.

Artículo científico: Jose Bolaños-Cardet, Daniel Ruiz-Molina, Victor J. Yuste, Salvio Suárez-García, Bioinspired phenol-based coatings for medical fabrics against antimicrobial resistance, Chemical Engineering Journal 481 (2024) 148674. https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.148674