Micro titanio

29 de agosto de 2023

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por Michael Quin, Universidad RMIT

Un nuevo estudio sugiere que las superficies rugosas inspiradas en las púas que matan bacterias en las alas de los insectos pueden ser más efectivas de lo que se pensaba anteriormente para combatir las superbacterias resistentes a los medicamentos, incluidos los hongos.

Las crecientes tasas de infección resistente a los medicamentos preocupan a los expertos en salud de todo el mundo.

Para evitar la infección alrededor de los implantes, como los de caderas de titanio o las prótesis dentales, los médicos utilizan una variedad de recubrimientos antimicrobianos, productos químicos y antibióticos, pero estos no logran detener las cepas resistentes a los antibióticos e incluso pueden aumentar la resistencia.

Para abordar estos desafíos, los científicos de la Universidad RMIT han diseñado un patrón de púas a microescala que se pueden grabar en implantes de titanio u otras superficies para brindar una protección eficaz y sin medicamentos contra bacterias y hongos.

El estudio del equipo publicado en Advanced Materials Interfaces probó la eficacia de la superficie de titanio alterada para matar Candida resistente a múltiples medicamentos, un hongo potencialmente mortal responsable de una de cada 10 infecciones de dispositivos médicos adquiridas en hospitales.

Las púas especialmente diseñadas, cada una de una altura similar a la de una célula bacteriana, destruyeron aproximadamente la mitad de las células poco después del contacto.

Significativamente, la otra mitad que no fue destruida inmediatamente quedó inviable debido a las lesiones sufridas, incapaz de reproducirse o causar infección.

El investigador postdoctoral principal, el Dr. Denver Linklater, dijo que el análisis metabólico de la actividad de las proteínas reveló que tanto las células del hongo Candida albicans como las del hongo Candida auris resistentes a múltiples medicamentos que se encontraban lesionadas en la superficie estaban casi muertas.

"Las células de Candida que resultaron dañadas sufrieron un estrés metabólico extenso, impidiendo el proceso en el que se reproducen para crear una biopelícula fúngica mortal, incluso después de siete días", dijo Linklater, de la Facultad de Ciencias del RMIT. "No pudieron ser revividos en un entorno sin estrés y finalmente se apagaron en un proceso conocido como apoptosis o muerte celular programada".

La eficacia de la superficie contra bacterias patógenas comunes, incluido el estafilococo dorado, quedó demostrada en un estudio anterior publicado en Materialia.

La líder del grupo, la distinguida profesora Elena Ivanova, dijo que los últimos hallazgos arrojan luz sobre el diseño de superficies antifúngicas para prevenir la formación de biopelículas por levaduras peligrosas y resistentes a múltiples fármacos.

"El hecho de que las células murieran después del contacto inicial con la superficie (algunas por rotura y otras por muerte celular programada poco después) sugiere que no se desarrollará resistencia a estas superficies", dijo. "Este es un hallazgo importante y también sugiere que es posible que sea necesario repensar la forma en que medimos la eficacia de las superficies antimicrobianas".

Durante la última década se han logrado avances en el diseño de superficies que matan a las superbacterias al contacto. Sin embargo, encontrar los tipos correctos de patrones de superficie para eliminar el 100% de los microbios para que algunos no sobrevivan y se vuelvan resistentes es un desafío constante.

"Este último estudio sugiere que puede no ser del todo necesario que todas las superficies eliminen todos los patógenos inmediatamente después del contacto si podemos demostrar que las superficies están causando la muerte celular programada en las células supervivientes, lo que significa que mueren de todos modos", dijo.

El Grupo de Investigación de Materiales Mecano-biocidas Multifuncionales de RMIT ha liderado el mundo durante más de una década en el desarrollo de superficies antimicrobianas inspiradas en los nanopilares que cubren las alas de libélulas y cigarras. La propia Ivanova fue una de las primeras en observar cómo cuando las bacterias se posan en el ala de un insecto, el patrón de nanopilares separa las células, rompiendo fatalmente las membranas.

"Es como estirar un guante de látex", dijo Ivanova. "A medida que se estira lentamente, el punto más débil del látex se adelgazará y eventualmente se romperá".

Su equipo ha pasado la última década replicando los nanopilares de estos insectos en nanopatrones propios, y este último avance se logró utilizando una técnica llamada grabado con plasma para crear el patrón antibacteriano y antifúngico en titanio.

Ivanova dijo que la técnica de grabado relativamente simple podría optimizarse y aplicarse a una amplia gama de materiales y aplicaciones.

"Esta nueva técnica de modificación de superficies podría tener aplicaciones potenciales en dispositivos médicos, pero también podría modificarse fácilmente para aplicaciones dentales o para otros materiales como bancos de acero inoxidable utilizados en la producción de alimentos y la agricultura", dijo.

Autor principal del estudio y doctorado conjunto. El candidato de RMIT y el Centro de investigación ARC para la fabricación de acero en Australia, Phuc Le, dijo que trabajar en estrecha colaboración con el socio industrial BlueScope Steel ayudó a centrar los esfuerzos en soluciones prácticas para la industria.

"Colaborar con socios industriales ha sido un aspecto transformador de mi trayectoria doctoral", afirmó. "Sus conocimientos de primera mano como fabricantes me han aportado claridad sobre los desafíos a los que se enfrentan sus productos y me han abierto las puertas para investigar e idear soluciones prácticas. Si bien nuestros estudios se encuentran en las etapas preliminares, las perspectivas de optimización del producto son prometedoras".

Más información: Phuc H. Le et al, Apoptosis de especies de Candida resistentes a múltiples fármacos en superficies de titanio microestructuradas, Interfaces de materiales avanzados (2023). DOI: 10.1002/admi.202300314

Proporcionado por la Universidad RMIT