Nanotecnología para evitar que las infecciones se conviertan en pandemia

Decir que en el futuro cercano muchas personas podrían morir a causa de un simple corte en la piel, durante el parto o tras cualquier operación médica puede parecer un desvarío. Antes del descubrimiento y la comercialización de los antibióticos, cualquier cosa que pudiera ser causa de infección podía acabar con nuestra vida. Pero ahora que los tenemos, ¿por qué tendríamos que preocuparnos por las infecciones?

La respuesta está en la resistencia a los antibióticos. En la actualidad, los antibióticos comunes no resultan efectivos para curar algunas infecciones. Por este motivo, hay casos en que la enfermedad dura más de lo debido, el tratamiento es excesivamente largo y deben utilizarse medicamentos más caros y, habitualmente, con mayores efectos secundarios. Esto supone un gran coste a la sanidad.

Por si fuera poco, el coste humano también es elevado. Según un informe de las Naciones Unidas, 700.000 personas mueren cada año a causa de la resistencia a antibióticos. Y se estima que este número podría aumentar hasta los 10 millones de muertes al año en 2050.

Resistencia a antibióticos

La resistencia a los antibióticos es la capacidad de las bacterias de sobrevivir a la acción de uno de estos medicamentos. La mayoría de las bacterias son resistentes a uno o varios antibióticos de forma natural. Sin embargo, también pueden adquirir uno o varios genes que les permiten destruir o evitar el efecto de los antibióticos. Para ello, o bien desarrollan mutaciones en dichos genes, o bien los toman prestados de otras bacterias.

Estas bacterias resistentes se expanden a través de la alimentación o del contacto con otras personas o con animales. Esto complica cada vez más el tratamiento de las infecciones con antibióticos comunes. Por ejemplo, el 62.9% de las cepas aisladas de la bacteria Escherichia Coli en España en 2018 resultaron ser resistentes a los antibióticos tipo aminopenicilinas y el 32.1% a las fluoroquinolonas.

¿Qué causa la resistencia a antibióticos?

Conscientes de que la unión hace la fuerza, las bacterias han desarrollado otro mecanismo para defenderse de los ataques externos. Nos referimos a los biofilms o biopelículas, comunidades de bacterias que se mantienen unidas entre ellas y a una superficie gracias a la segregación de sustancias poliméricas.

Las bacterias en forma de biofilm son hasta 1 000 veces más resistentes a los antibióticos que los microorganismos libres. Además, son responsables del 65% de infecciones microbianas y del 80% de infecciones crónicas. Esto, sumado a que también se forman en material médico como catéteres o implantes y los pacientes se pueden infectar durante una intervención, convierte a los biofilms en un importante problema de salud pública.

Su proceso de formación consiste en varios pasos. Primero, las bacterias se unen a una superficie y empiezan a crecer en comunidad. Después se forma una estructura tridimensional. Finalmente, tras la maduración del biofilm, las bacterias se desprenden y se expanden.

Formación y consecuencias de un biofilm.

Péptidos antimicrobianos

Los péptidos antimicrobianos están formados por la unión de entre 10 y 100 moléculas más pequeñas llamadas aminoácidos. Forman parte del sistema inmune innato de bacterias, hongos, animales, plantas y humanos. Su función no es otra que defenderlos de forma directa frente a agentes extraños o modular el sistema inmune para eliminarlos.

Su mecanismo de acción es diferente al de los antibióticos convencionales. Generalmente, los péptidos (carga positiva) se unen por fuerzas electrostáticas a la membrana de las bacterias (carga negativa). De este modo, el péptido daña la membrana y mata la bacteria de forma rápida y eficiente. La posibilidad de generación de resistencias es menor. Además, tienen un mayor rango de actividad antimicrobiana. Todo esto los convierte en una alternativa prometedora y más eficiente para curar infecciones que no responden a los antibióticos comunes.

A pesar de todas estas ventajas, sólo 7 de los más de 3 000 péptidos antimicrobianos descubiertos están aprobados para su uso en humanos. De momento hay otros 36 que se están probando en ensayos clínicos. Esto se debe a que la mayoría no son estables, se eliminan rápidamente del organismo o son tóxicos.

La nanotecnología al rescate

La nanotecnología utiliza materiales y estructuras que miden de 1 a 100 nanómetros. Estos nanomateriales son entre 1 millón y 100 millones de veces más pequeños que una naranja. Tienen propiedades muy interesantes y su uso ha permitido avanzar en muchos campos, entre ellos la nanomedicina.

Recientemente, se han utilizado distintos tipos de nanomateriales para el transporte de péptidos antimicrobianos. Los péptidos pueden unirse a los nanomateriales mediante un enlace químico o distintas interacciones, o pueden ser encapsulados por ellos. Esto permite aumentar la eficacia del tratamiento, impidiendo la degradación del péptido o favoreciendo su liberación en un lugar específico. También permite reducir la toxicidad y los efectos secundarios. De esta forma, se está un poco más cerca de solucionar los inconvenientes que han impedido la aprobación del uso de los péptidos antimicrobianos en humanos.

Esquema representando el tamaño de los nanomateriales que se han utilizado para el transporte de péptidos antimicrobianos.

Además de servir como transportadores, algunos nanomateriales pueden tener efecto antibacteriano por sí mismos. Este es el caso de algunas nanopartículas metálicas. Metales como el zinc o la plata, con efecto antibacteriano per se, en forma de nanopartículas aumentan su eficacia al tener la capacidad de penetrar en las bacterias. La combinación de nanopartículas con antibióticos también ha demostrado formar un buen tándem en la lucha contra las infecciones. Y lo mismo sucede con la combinación de nanopartículas metálicas de distintos tipos.

Por otro lado, los nanomateriales pueden ser incorporados a superficies para reducir la adhesión de las bacterias, evitar su proliferación y la formación de biofilms. Esto es muy interesante en el caso de dispositivos médicos como prótesis o vendajes. Por este motivo, la nanotecnología es una herramienta prometedora en el ámbito de la ingeniería de tejidos y los biomateriales.

Para concluir, es indispensable reconocer el papel tan importante que tienen los científicos en la búsqueda de alternativas a los antibióticos comunes. Sin embargo, la lucha contra la resistencia a antibióticos es responsabilidad de todos y cada uno de nosotros. Ciudadanos, políticos, profesionales y empresas del sector sanitario, agricultores y ganaderos tenemos que cambiar nuestra actitud. Debemos defender un consumo responsable de antibióticos para evitar que las infecciones se conviertan en una nueva pandemia.

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