Nuevos nanomateriales para la mejora del efecto antibiofilm

Resumen

El uso inadecuado de antibióticos durante los últimos años ha provocado un problema a nivel mundial debido a la resistencia antimicrobiana desarrollada por gran número de bacterias contra los compuestos antimicrobianos convencionales. Además del problema mencionado, las bacterias desarrollan una estructura compleja llamada biopelícula como estrategia para adaptarse y sobrevivir al estrés de nuevos entornos. La erradicación de las bacterias y de las películas formadas por las mismas, y por tanto, de las infecciones debidas a ellas es un reto importante. En los últimos años, se han investigado nuevos nanomateriales como transportadores para la administración de fármacos, obteniendo así sistemas más eficientes, reduciendo los efectos adversos producidos por los antibióticos tradicionales. El propósito de la presente tesis doctoral es proponer nuevos compuestos naturales con capacidad antimicrobiana como alternativa a los antibioticos tradicionales. Por otro lado se sintetizarán sistemas coloidales capaces de encapsular compuestos de capacidad antimicrobiana conocida, tanto naturales como antibioticos tradicionales. Como sistemas coloidales, transportadores tanto de fármacos como de biocompuestos, se utilizarán nanovesículas. Las nanovesículas son nanocoloides que consisten en un núcleo acuoso rodeado por una capa lipídica con la capacidad de encapsular principios activos tanto hidrofílicos como lipofílicos, ya que las moléculas pueden encapsularse en el núcleo acuoso interno o en la capa lipídica. Se exploraron y seleccionaron biocompuestos naturales y compuestos sintéticos, todos ellos con actividad antimicrobiana conocida. Los productos naturales elegidos fueron vitamina B12, vainillina y ChapSH3b, una endolisina derivada de un bacteriófago. La vitamina B12 es una molécula organometálica que participa en muchas reacciones importantes para el metabolismo en organismos eucariotas y procariotas. En los últimos años se ha utilizado como portador de antibióticos y también se ha descubierto que tiene actividad sinérgica con el antibiótico, mejorando también la eficacia de los antibióticos conjugados. La vainillina es un compuesto natural, extraído de la planta Vanilla Planifolia, que tiene muchas propiedades como antioxidante, anticancerígena, neuroprotectora y antimicrobiana. De hecho, debido a su estructura tiene la capacidad de reducir el crecimiento bacteriano y prevenir fases específicas de formación de biopelículas. Recientemente se ha utilizado como adyuvante de antibióticos. Por último, la proteína quimérica ChapSH3b es una proteína lítica extraída del bacteriófago que tiene actividad antibacteriana específica contra Staphylococcus aureus. Las bacterias de S. aureus es reponsable de gran número de infecciones tanto en la piel, como en el corrente sanguineo, en el aparato repsiratorio e incluso en huesos. Adicionalmente, se ha trabajado en la encapsulación en nanovesículas de moléculas sintéticas pertenecientes al grupo de los antibióticos tradicionales. Parte del trabajo se centra en los antibióticos pertenecientes a la familia de la rifamicina. Los cuales se han utilizado ampliamente contra Mycobacterium Tuberculosis, pero estudios recientes también han demostrado que la Rifamicina S y los derivados de la rifampicina tienen actividad bactericida sobre Staphylococcus epidermidis y Staphylococcus aureus. Se ha demostrado que la eficicacia de encapsulación de la rifamicina aumenta en sistemas vesiculares almacenados a altas temperaturas y pH básicos. Por otro lado, la actividad antibacteriana se demostró comparando tres derivados de rifamicina. 2 Finalmente, se realizaron experimentos sobre la internalización de vesículas que contenían este fármaco en células de tejido pulmonar, observandose que las vesiculas (niosomas) tenian un mayor grado de internalización y baja toxicidad comparado con el uso de otros tipos de sistemas coloidales (de base quitosano o arginato). Se han investigado aplicaciones y métodos de almacenamiento de la suspensión vesicular. Las vesículas se redujeron a polvo mediante liofilización, con el fin de mejorar su estabilidad durante la manipulación y el almacenamiento además de aumentar su vida útil y reducir los costes de transporte. Adicionalmente, se estudió la viabilidad de incorporar los sitemas vesiculares formulados conteniendo biocompuestos a la producción de films biodegradables, producidos con gelatina, con el fin de ser utilizados en posteriores envados de alimentos, lo que permitiría alargar la vida útil de los mismos. En la última parte del presente trabajo se sintetizaron partículas metálicas con actividades antimicrobianas. Nanopartículas de cobre estabilizadas por cloruro de benzalconio han sido sintetizadas con éxito por el método electroquímico del ánodo sacrificado. Estas partículas se utilizaron para la electrodecoración de nanopartículas de óxido de hierro. Estos sistemas lograron modular la liberación de especies bioactivas no solo por el estabilizador de las partículas, sino también mediante la aplicación de un campo magnético adecuado, induciendo una actividad antimicrobiana sinérgica. Por último, se nanopartículas de óxido de cerio, conocido por su actividad antimicrobiana induciendo estrés oxidativo. La síntesis se llevó a cabo siguiendo el método de microemulsión W/O. Posteriormente se encapsularon nanopartículas de óxido de cerio en micelas de PLGA, protegiendo la inestabilidad del núcleo de óxido metálico. La encapsulación en micelas se realizó según el método de emulsión simple/disolvente. Dichas nanoparticulas encapsuladas en micelas fueron incorporadas en dos tipos de films degradables sintetizados a base de gelatina y de almidón, con el fin de ser posteriormente utilizadas en el envasado de productos alimentarios.