La creciente resistencia a los antimicrobianos se ha convertido en una de las principales amenazas para la salud pública mundial. Ante la pérdida de eficacia de algunos antibióticos frente a microorganismos que anteriormente podían controlarse con facilidad, la investigación científica explora nuevas estrategias que permitan prevenir las infecciones antes de que sea necesario recurrir a estos medicamentos.
En este contexto, investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) trabajan en el desarrollo de materiales antimicrobianos capaces de dificultar la adhesión y proliferación de bacterias, así como en superficies que pueden eliminarlas mediante mecanismos físicos, químicos o activados por luz.
El objetivo común de estas investigaciones es reducir la colonización de superficies y dispositivos médicos sin depender exclusivamente de los antibióticos y, con ello, contribuir a disminuir la presión que favorece la aparición de resistencias.
Superficies metálicas para reducir infecciones en implantes
Uno de los principales campos de aplicación de estos materiales es el de los implantes y dispositivos médicos. En prótesis de cadera o rodilla, las infecciones pueden comenzar cuando las bacterias se adhieren a la superficie del implante y forman un biofilm, una estructura que las protege y dificulta su eliminación mediante antibióticos.
Desde hace casi dos décadas, el grupo Copromat del Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas (CENIM-CSIC), dirigido por Ana Conde del Campo, desarrolla superficies metálicas antimicrobianas para reducir este tipo de infecciones.
La estrategia consiste en modificar la superficie de titanio de los implantes mediante el crecimiento de una capa de óxido de titanio con flúor y una estructura de diminutos tubos, denominada nanotubular.
Esta modificación reduce la adherencia bacteriana y permite, además, cargar la superficie con antibióticos para aumentar su eficacia frente a las bacterias más frecuentes en las infecciones protésicas.
Los resultados muestran que estas superficies pueden eliminar más del 95 % de las bacterias depositadas, sin afectar negativamente la integración del implante en el hueso.
A partir de esta investigación, los científicos también aplicaron tratamientos similares a otros metales de uso frecuente, como los aceros inoxidables presentes en hospitales y en la industria alimentaria. Estas superficies consiguieron reducir entre un 90 % y un 98 % la adhesión de bacterias como E. coli, Salmonella y Listeria, responsables de intoxicaciones alimentarias e infecciones asociadas a la atención sanitaria.
Materiales capaces de atrapar bacterias
Otra línea de investigación busca controlar la interacción entre las bacterias y las superficies. El equipo de Enrique Martínez-Campos, del Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (ICTP-CSIC), trabaja en la modificación de materiales clínicos para dificultar la adhesión bacteriana sin afectar el crecimiento de las células humanas.
Los investigadores han desarrollado superficies con miles de microporos organizados en forma de panal. Durante el proceso de fabricación, pequeñas gotas de agua se condensan sobre una película polimérica y, al evaporarse, dejan una red de cavidades microscópicas.
Estas estructuras modifican el comportamiento de las bacterias sobre el material, atrapándolas y dificultando su supervivencia, mientras permiten que las células humanas crezcan con normalidad.
El equipo también estudia la incorporación de grupos fluorados en la superficie de estos materiales. Estos fragmentos químicos modifican la interacción de la superficie con el agua y los microorganismos, dificultando la adhesión bacteriana sin comprometer la biocompatibilidad.
Además, mediante técnicas de impresión en dos y tres dimensiones, los investigadores pueden fabricar superficies con estructuras microscópicas diseñadas específicamente para reducir la proliferación de bacterias y virus.
Para aproximar los estudios a condiciones reales, el grupo desarrolló un modelo de piel humana cultivada en laboratorio que reproduce la epidermis y la dermis. Este sistema permite estudiar la respuesta de los tejidos frente a las infecciones y evaluar nuevas estrategias antimicrobianas.
Terapia fotodinámica para eliminar bacterias con luz
En el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona del CSIC (ICMAB-CSIC), el grupo liderado por Rosario Núñez investiga la terapia fotodinámica antimicrobiana, una estrategia que utiliza compuestos sensibles a la luz.
Cuando estos compuestos son irradiados en presencia de oxígeno, generan especies altamente reactivas capaces de destruir las bacterias.
El equipo ha desarrollado una familia de moléculas sintéticas activadas por la luz, conocidas como BODIPY yodado, que presentan mejoras en solubilidad y eficacia antimicrobiana.
Una de estas moléculas consiguió eliminar por completo cultivos de bacterias especialmente problemáticas en hospitales, como Staphylococcus aureus y Enterococcus faecium, después de ser expuesta a luz verde.
Una de las principales ventajas de esta estrategia es que su actividad puede controlarse mediante la exposición a la luz. Esto permite una acción localizada y reduce el riesgo de toxicidad, al tiempo que dificulta que las bacterias desarrollen mecanismos de resistencia.
Dispositivos médicos con defensas inspiradas en el organismo
La prevención de infecciones asociadas a catéteres y otros dispositivos médicos es el objetivo del trabajo de Imma Ratera, del ICMAB-CSIC y del CIBER-BBN.
Su investigación busca incorporar a estos dispositivos propiedades antibacterianas inspiradas en los mecanismos de defensa naturales del organismo.
El grupo ha desarrollado una estrategia para modificar químicamente la superficie de polímeros como el poliuretano termoplástico, utilizado habitualmente en catéteres.
Mediante monocapas de moléculas autoensambladas, los investigadores han logrado anclar de forma estable una proteína antimicrobiana humana, la α-defensina 5.
Esta modificación proporciona a la superficie una protección duradera frente a bacterias capaces de colonizar estos dispositivos y formar biofilms resistentes a los antibióticos.
Los materiales desarrollados buscan impedir la colonización bacteriana desde las primeras etapas y reducir el riesgo de infecciones hospitalarias asociadas a implantes. Los trabajos se realizan en colaboración con centros sanitarios y de investigación para facilitar su aplicación en condiciones clínicas reales.
Materiales antimicrobianos bajo el enfoque One Health
Desde el Centro de Investigación en Nanomateriales (CINN-CSIC), Belén Cabal Álvarez desarrolla otra línea de investigación basada en el enfoque One Health, que reconoce la conexión entre la salud humana, animal y ambiental.
Su trabajo se centra en el diseño de materiales antimicrobianos inorgánicos.
En el ámbito de la salud humana, su equipo desarrolla recubrimientos antimicrobianos para implantes, especialmente en el área dental. Uno de sus proyectos busca prevenir la periimplantitis, una infección bacteriana que provoca inflamación y afecta los tejidos que rodean los implantes dentales.
Estos materiales reducen de manera significativa la formación de biofilm sin comprometer la biocompatibilidad con los tejidos.
En sanidad animal, las investigaciones buscan reducir los focos de contaminación microbiológica en entornos ganaderos. En el ámbito ambiental, el equipo trabaja en nuevos agentes para controlar fitopatógenos que afectan cultivos de interés agrícola.
Este enfoque busca prevenir la aparición y propagación de infecciones desde su origen y reducir la necesidad de tratamientos posteriores.
Una estrategia preventiva frente a la resistencia antimicrobiana
Las diferentes investigaciones desarrolladas por el CSIC reflejan un cambio de estrategia frente a las infecciones. En lugar de depender exclusivamente del desarrollo de nuevos antibióticos, los materiales antimicrobianos buscan prevenir la colonización bacteriana, dificultar la formación de biofilms o eliminar microorganismos mediante mecanismos físicos y fotoquímicos.
Sus posibles aplicaciones abarcan hospitales, quirófanos, dispositivos médicos, industria alimentaria, agricultura y ganadería.
En un escenario marcado por el avance de la resistencia antimicrobiana, estas tecnologías podrían contribuir a crear entornos más seguros y reducir la dependencia de los antibióticos.
La investigación plantea así una vía complementaria para enfrentar una amenaza sanitaria global: prevenir las infecciones antes de que sea necesario tratarlas.
Fuente: Departamento de comunicación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Información adaptada por la Redacción de DiarioSalud.
Foto: DiarioSalud.
