Nuevas micropartículas descomponen biopelículas y potencian la actividad antibiótica

Dificultan el tratamiento de heridas y el reprocesamiento de instrumentos quirúrgicos, ya que los agentes convencionales suelen no penetrarlas eficazmente. Las biopelículas persistentes aumentan el riesgo de infección y comprometen los protocolos de limpieza en distintos entornos asistenciales. Para ayudar a abordar este problema, un equipo de ingenieros desarrolló micropartículas generadoras de burbujas y un apósito para heridas capaces de desorganizar mecánicamente las biopelículas.

Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign crearon micropartículas cilíndricas de biosílice recubiertas de dióxido de manganeso. Al entrar en contacto con peróxido de hidrógeno, el catalizador genera diminutas burbujas de oxígeno que se acumulan en el interior de los cilindros huecos. A medida que las burbujas se fusionan y estallan, impulsan las partículas hacia las capas más profundas de la matriz y desintegran mecánicamente la biopelícula.

En pruebas de laboratorio realizadas con instrumentos quirúrgicos, el equipo comparó la cantidad de biopelícula que permanecía en las zonas dentadas tras el protocolo habitual de detergente enzimático y autoclave con los resultados obtenidos mediante las micropartículas generadoras de burbujas. Las micropartículas lograron una eficacia similar o superior a la limpieza convencional. Su rendimiento aumentó aún más cuando se utilizaron a temperaturas más elevadas, y el método permitió acceder a áreas estrechas, como los dientes de las pinzas, donde los tensioactivos tenían dificultades para penetrar. Las partículas también pueden combinarse con la esterilización en autoclave.

Para el tratamiento de heridas, el grupo incorporó las micropartículas bajo una malla que libera peróxido de hidrógeno de forma continua para crear un “apósito de microchorro” para heridas. En heridas de ratones colonizadas por biopelículas resistentes a los antibióticos similares a las observadas en infecciones humanas, el apósito desprendió matrices complejas, redujo la carga de biopelícula y aceleró la cicatrización. Las heridas tratadas mostraron menor inflamación, así como regeneración de la piel y el pelo. La desorganización de la biopelícula también facilitó la penetración de los antibióticos y evitó su reaparición con dosis diez veces inferiores a las habituales.

La formación de burbujas, el movimiento de partículas y la dispersión de biopelículas se monitorearon mediante imágenes de alta velocidad y tomografía de coherencia óptica, en colaboración con el Carle Illinois College of Medicine. Los hallazgos sobre el diseño de partículas y la limpieza de instrumentos se comunicaron en ACS Applied Materials and Interfaces. Los resultados relativos al apósito para heridas basado en microchorreado se publicaron en Advanced Science.

“La enseñanza central de este trabajo es que las heridas resistentes al tratamiento pueden entenderse como un problema de biofilm. Las matrices densas de biofilm polimicrobiano limitan la penetración de los fármacos y protegen a las bacterias de la terapia. Al confinar generadores de burbujas autorpropulsados bajo una malla que libera peróxido de hidrógeno, eliminamos la barrera del biofilm, mejorando la eficacia de los antibióticos y reduciendo la inflamación durante la cicatrización de las heridas”, dijo Hyunjoon Kong, profesor de ingeniería química y biomolecular de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

“Mostramos una reducción de cinco veces en el biofilm restante con nuestras partículas a mayor temperatura. Y además, vimos que en los dientes de unas pinzas —un instrumento quirúrgico modelo— el surfactante enzimático no entra fácilmente en las zonas confinadas y no puede eliminar la película bacteriana de esas áreas. Pero con nuestro sistema de partículas, en realidad pudimos eliminar las películas en esos espacios. Eso supone una diferencia enorme”, dijo Kong.

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University of Illinois Urbana-Champaign