Los científicos utilizan nanomateriales para curar heridas rebeldes que resisten el tratamiento con antibióticos |

Para la mayoría de las personas, un pequeño corte o rasguño no es gran cosa: el cuerpo se recupera rápidamente y los antibióticos pueden curar cualquier infección. Sin embargo, algunas heridas, como las quemaduras graves y las úlceras diabéticas, son susceptibles a infecciones bacterianas que pueden volverse resistentes a los antibióticos.

«Las heridas de la diabetes son muy difíciles de curar y las personas sufrirán estas heridas durante la mayor parte de sus vidas», dijo Vitaliy Khutoryanskiycientífico de materiales de la Universidad de Reading, en Inglaterra.

Para superar este problema, los científicos están desarrollando nuevas formas de tratar heridas infectadas utilizando nanomateriales especialmente diseñados que se activan con la luz y proporcionan una acción antimicrobiana precisa. Este enfoque se ha mostrado prometedor para reducir las infecciones y acelerar la cicatrización de heridas en experimentos con ratones y cerdos, pero no se ha probado en humanos.

Las heridas crónicas que no cicatrizan proporcionan las condiciones ideales para la formación de biopelículas resistentes, que retrasan la curación y aumentan significativamente el riesgo de amputación. La mayoría de estas heridas (más del 78 por ciento) tenían una capa resistente de bacterias. a menudo resistente a los antibióticos.

Los nuevos nanomateriales activados por luz ofrecen diferentes formas de erradicar las infecciones bacterianas, convirtiendo la luz en calor localizado o reaccionando con el oxígeno presente en el tejido para producir moléculas tóxicas que matan las bacterias con un daño mínimo al tejido circundante.

Nuestra piel puede absorber naturalmente pequeñas cantidades de radiación, pero con la ayuda de nanomateriales especialmente diseñados, dijo. Zhen Peng QinComo científico de materiales de la Universidad de Texas en Dallas, “se pueden calentar tejidos a temperaturas más altas”. El calor debilita las bacterias y ayuda a la reparación de los tejidos. Qin, quien coescribió un exploración de estas técnicas en 2024 Revisión Anual de Ingeniería Biomédicanotas similares, terapia inducida por luz Se ha utilizado para administrar toxinas dirigidas a ciertos cánceres de piel y esófago, pero no se ha aplicado ampliamente para el tratamiento de heridas.

En un estudio prometedor con heridas, Raffaele Mezzengaun científico de materiales de ETH Zurich, y sus colegas comenzaron con un proteína antimicrobiana natural llamada lisozima, que se extrae de la clara de huevo. Diseñaron la proteína en un gel mezclado con tintes que absorben la luz. En presencia de luz infrarroja cercana, el tinte se calienta, derrite el gel y libera lisozima activa. Cuando se apaga la luz y el material se enfría, la lisozima vuelve a su forma inactiva.

Cuando el equipo aplicó el gel a las heridas de ratones y cerdos, descubrió que el gel erradicaba más del 95 por ciento de las bacterias presentes. La herida también cicatriza más rápido, porque la lisozima, que también es tóxica para las células sanas, se activa en la herida sólo cuando se expone a la luz, salvando así la piel de una sobreexposición. Para mejorar aún más la curación, el equipo añadió iones de magnesio al gel, que estimularon a las células inmunitarias llamadas macrófagos a pasar de un estado inflamatorio a uno que promueve la curación. «La curación será más rápida porque se matan las bacterias mientras se cura la herida», dice Mezzenga.

Debido a que las biopelículas bacterianas son muy persistentes en las superficies de los implantes médicos, lo que puede provocar infecciones recurrentes y, en ocasiones, requerir una nueva cirugía o incluso una amputación, el equipo también probó su gel en prótesis articulares infectadas en ratones. Inyectaron gel alrededor de la aguja del implante infectado e iluminaron la piel con luz infrarroja cercana. Este tratamiento limpia la biopelícula y erradica aproximadamente el 99 por ciento de las bacterias alrededor del implante mientras preserva el tejido óseo.

En otro estudio reciente, científicos de la Universidad Médica de Gannan y de Shanghai, en China, trataron heridas utilizando un nanomaterial hecho de nanopartículas de oro y “puntos cuánticos” de óxido de grafeno» que son pequeñas partículas semiconductoras a base de carbono. Cuando se iluminan con luz azul, las partículas de oro absorben la energía luminosa y la convierten en calor, mientras que el óxido de grafeno ayuda a transferir electrones por todo el material. Esto promueve una reacción que produce moléculas tóxicas e inestables llamadas especies reactivas de oxígeno que reaccionan con las estructuras de la membrana bacteriana y la destruyen.

Cuando los científicos agregaron este material a una solución bacteriana e iluminaron el material con luz azul durante diez minutos, el calor suave y las especies reactivas de oxígeno trabajaron juntos para causar que las membranas bacterianas se desintegraran. Utilizando un tinte que puede diferenciar entre bacterias vivas y muertas, los investigadores confirmaron que el tratamiento había eliminado el 97 por ciento de las bacterias.

Las pruebas del nanomaterial en ratones mostraron que después de nueve días, las heridas en los ratones tratados mostraron un 99 por ciento de curación, mientras que las heridas en los ratones no tratados solo mostraron alrededor del 70 por ciento de curación.

Aunque esta técnica se ha mostrado prometedora en el laboratorio, aún se necesita más investigación antes de que pueda aplicarse a humanos. «Todavía hay un camino por recorrer», dijo Lars Kaestnerbiólogo de la Universidad del Sarre en Alemania. Para que los nanomateriales sean útiles en entornos clínicos, señala, los investigadores deben realizar pruebas exhaustivas de seguridad y reducir los costos.

Sin embargo, la idea brinda esperanza a los pacientes con heridas crónicas que no pueden curarse con antibióticos convencionales, especialmente a medida que las infecciones resistentes a los medicamentos se vuelven más comunes en los hospitales y entornos de atención de la diabetes.

«Ese es un gran concepto», dijo Qin. «La curación de heridas y la resistencia a los antibacterianos son desafíos enormes. Y creo que cualquier progreso que podamos lograr en esta área sería bienvenido».

Revista Conocible es un esfuerzo periodístico independiente de Annual Review.