Según un informe publicado en Scientific American, investigadores están desarrollando superficies que repelen bacterias nocivas ante perdida de efectividad de antibióticos.

Cuando las bacterias producen biopelículas, pueden volverse muy difíciles de matar, incluso con antibióticos eficaces. 

Aproximadamente 23.000 estadounidenses y 25.000 europeos mueren cada año a causa de infecciones resistentes a los antibióticos, según las cifras de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de EE. UU. Se espera que el número de infecciones se quintuplique aproximadamente cada ocho años y si continúan las tendencias actuales, en 2040 las infecciones serán la principal causa de muerte en el mundo.

Los científicos indican que, uno de los problemas clave con los antibióticos es que la mayoría de las bacterias llevan las modificaciones necesarias para superar cualquier de ellos, particularmente en su ADN celular. Cuando se expone a los antibióticos, una bacteria baraja su ADN como si fuera un naipe, hasta que se le ocurre una combinación que desarrolla su resistencia.

Vincent Rotello, químico de la Universidad de Massachusetts, en lugar de centrarse en crear nuevos antibióticos, está desarrollando materiales resistentes a las bacterias que evitarían que la mayoría de estas, se adhieran a varios tipos de superficies.

Estos materiales pueden cubrir todo, desde ropa, dinero, pintura e incluso los dispositivos médicos implantados en nuestro cuerpo para reemplazar nuestras rodillas o caderas desgastadas. Y podrían salvarnos la vida, señala el investigador.

Según Rotello, el primer paso es desarrollar una nueva clase de recubrimientos biológicos que sean resistentes a la adhesión, lo que haría mucho más difícil que las bacterias se propaguen de una persona o lugar a otro. El científico está adaptando superficies antiadherentes como teflón y polímeros fluorados, así como películas metálicas como titanio, para usarlas en fibras y otros materiales.

Un desafío aún mayor es encontrar recubrimientos que se puedan usar en dispositivos médicos e implantes que entren en el cuerpo humano, de tal forma que sean seguros y no tóxicos. En su laboratorio, Rotello ha estado trabajando en un tipo diferente de película basada en las proteínas de nuestro suero sanguíneo que evitan que las células sanguíneas se adhieran.

La misma característica podría usarse para evitar que las bacterias se adhieran a una superficie. Y dado que estas películas se basan en proteínas, no implicarían la introducción de materiales potencialmente tóxicos en el cuerpo.

"Los sistemas biológicos como las proteínas y las células utilizan patrones aparentemente aleatorios de carga positiva y negativa para limitar las interacciones". dice Rotello. "Los científicos pueden utilizar esta misma característica de diseño para crear superficies a las que las bacterias tengan dificultades para adherirse".

Sin embargo, es poco probable que las superficies resistentes a las adherencias funcionen lo suficientemente bien como para prevenir completamente las infecciones. “Las bacterias tienen esta desagradable habilidad para reproducirse, por lo que si solo una o algunas pocas bacterias se adhieren a una superficie, se multiplicarán y eventualmente crearán una infección”, dice Rotello.

En los implantes médicos, la supervivencia de solo un par de microbios extraviados en la superficie de un reemplazo de rodilla o cadera puede provocar infecciones que causan meses de dolor o incluso la muerte. “Es difícil o imposible crear superficies que sean completa y perfectamente no adherentes a las bacterias”, dice. "Por lo tanto, definitivamente se necesita un plan B que se centre en matar bacterias".

El truco consiste en encontrar formas de matar las bacterias sin dañar humanos. En su laboratorio, Rotello se ha centrado en una de las diferencias clave entre nuestras células humanas y bacterias. La superficie de las células bacterianas tiene una carga negativa mucho más densa que la de las células de los mamíferos.

Las células negativas repelen a otras células cargadas negativamente y las bacterias prosperan al dispersarse, dividirse y conquistar, por lo que la misma carga las separaría. Las células de mamíferos, por otro lado, viven juntas y, por lo tanto, contienen una mayor mezcla de cargas positivas y negativas en sus membranas.

Durante más de una década y media, Rotello ha diseñado una serie de nanopartículas de oro con cargas positivas, que ejercen una poderosa atracción sobre las bacterias. “Muchos antibióticos interfieren con la capacidad de una bacteria para formar sus paredes celulares”, explica. “Estas partículas son diferentes. Básicamente destrozan la pared celular".

Pero no todas las infecciones bacterianas permanecen como células individuales. Algunas de las infecciones más difíciles de tratar involucran biopelículas, las cuales son colonias de bacterias dentro de una matriz de protección extracelular. Las biopelículas son muy resistentes a los antibióticos.

Para superar las biopelículas, Rotello ha desarrollado el equivalente a un misil microscópico guiado que penetra en la biopelícula y, una vez dentro, arroja una carga que destruye las bacterias. Para esta carga, usa una adaptación evolutiva de las plantas, que utilizan aceites naturales para combatir las bacterias.

Los aceites pueden penetrar la membrana celular de las bacterias y en el proceso, desgarrarlas. Pero el aceite no actúa contra las biopelículas por sí solo. Simplemente se asienta en la parte superior, evitando que llegue a las bacterias del interior.

Para penetrar el escudo de la biopelícula, Rotello encierra una gota de aceite de menta en un portador de nanopartículas de polímero en forma de esponja. La 'esponja' está cargada positivamente y tiene una mezcla única de forma, densidad y flexibilidad que le permite ingresar gradualmente a través de una biopelícula, arrastrada por la carga negativa de las bacterias del otro lado. Una vez que la esponja penetra en la biopelícula, libera el aceite de menta, que destruye las bacterias.

Los enfoques de Rotello para combatir las infecciones aún se encuentran en las primeras etapas de desarrollo, pero confía en que, en unos años, producirán herramientas efectivas para prevenir y combatir las infecciones bacterianas y brindar estrategias complementarias a los antibióticos.