Diseñando materiales antimicrobianos: cerrando la puerta a las infecciones intrahospitalarias

Uno de los mayores peligros del Covid-19 es que se manifieste con una neumonía que requiera ventilación mecánica, tratamiento de soporte vital invasivo que básicamente consiste en la introducción de un tubo endotraqueal conectado a una máquina que realiza el trabajo respiratorio por la persona. Y no solo es el tubo por la garganta, también se insertan catéteres en las venas para entregar medicamentos, nutrientes o fluidos, directamente a través de la sangre. Ambos elementos son potenciales puertas abiertas a las temidas infecciones intrahospitalarias.

La superficie de tubos y catéteres actúan como sustrato, facilitando la adhesión de las bacterias, y con ello la formación de una peligrosa biopelícula, su principal mecanismo de defensa. Los tubos endotraqueales son usualmente fabricados de PVC o silicona; el primer material es más barato, pero favorece la adherencia de la biopelícula, debido a su superficie porosa. Los catéteres son fabricados de poliuretano y es en el punto en el que se hace la incisión en la piel, donde puede surgir una infección por bacterias u hongos.

Para buscar una solución al primer problema, la Unidad de Desarrollo Tecnológico (UDT) de la Universidad de Concepción ejecutó el proyecto Fondef “Desarrollo de materiales poliméricos antimicrobianos con nanoestructuras del tipo núcleo-coraza (cobre-plata) como agente activo, para la prevención de infecciones intrahospitalarias”, con el objetivo de crear un material polimérico antibacteriano que reduzca la formación de biopelículas en su superficie y que pueda ser usado para fabricar material médico.

Siguiendo en esta línea de materiales bioactivos, UDT postuló el proyecto Corfo I+D Empresarial, actualmente en ejecución, “Catéter intravenoso central (CVC) antibacteriano como método de prevención ante infecciones intrahospitalarias asociadas al uso de CVC”, para desarrollar, caracterizar y validar un prototipo de catéter antibacteriano en base a poliuretano con micro/nanopartículas de cobre.

Cobre y plata

El diseño del material polimérico antibacteriano, no es la simple mezcla de sus componentes, sino un proceso innovador que logró incorporar, de manera homogénea y conservando sus propiedades, nanoestructuras metálicas antimicrobianas activas en matrices poliméricas.

El material para los tubos endotraqueales se diseñó a partir de PVC, al que se le incorporaron nanopartículas del tipo core-shell. “Estas nanoestructuras están compuestas por un núcleo de cobre recubierto por una fina capa externa de plata. Esto hace que el compuesto presente actividad antimicrobiana, tanto por contacto como por liberación sostenida de los agentes activos. La coraza de plata provee una actividad inmediata por contacto y el núcleo de cobre, que está menos expuesto, ofrece una actividad sostenida en el tiempo”, explica el Dr. Cristian Miranda, del área Biomateriales de UDT y uno de los investigadores del proyecto. 

Los ensayos antimicrobianos del nuevo material demostraron que inhibió el crecimiento bacterial y, por consecuencia, la formación de biopelículas, “además, se consiguió que las nanopartículas de cobre y plata se distribuyeran en forma homogénea en la matriz polimérica de PVC, lo que permitió obtener un material compuesto que puede ser transformado mediante inyección o extrusión, las técnicas habituales del procesamiento de termoplásticos, es decir, que el material pueda ser convertido en distintos productos, además de los tubos endotraqueales”, señala el Dr. Miranda.

En el caso de los catéteres CVC, se utilizó poliuretano al que se le añadieron micro y nanopartículas de cobre. Se demostró que el material alcanzó el 100% de muerte bacteriana a las cuatro horas de exposición.

Se realizaron pruebas técnicas de los materiales, confirmándose que la adición de las nanopartículas no afectó las propiedades reológicas (de deformación), mecánicas ni térmicas del PVC ni del poliuretano. Ambos proyectos cuentan con la participación de la empresa Sylex Chile Ltda., donde se han fabricado prototipos funcionales de tubos endotraqueales y catéteres intravenosos. 

Adicionalmente, esta iniciativa dio origen a una solicitud de patente de invención y se está trabajando en presentar una postulación al concurso Fondef IT, para escalar estas tecnologías y que puedan llegar prontamente a su producción masiva.