Nanopartículas de plata, el terror de las bacterias

Aristóteles y su alumno, Alejandro Magno. Grabado de Charles Laplante (dominio público), via Wikimedia Commons

– “Alejandro, usaremos flor de plata para curar las heridas de los soldados”.

Aunque su conocimiento era esencialmente empírico, Aristóteles – en la imagen dando consejo a Alejandro Magno – ya conocía las propiedades antimicrobianas de la plata en el 335 Antes de Cristo. El célebre pensador empleaba un polvo ultrafino de plata (que él llamaba “flor de plata”) que aplicaba sobre las heridas de los soldados que venían de la guerra y favorecía su cicatrización. Aristóteles y sus contemporáneos también sabían que el agua se conservaba fresca y libre de enfermedades en cisternas de plata. Los campesinos introducían una moneda de plata en sus jarras de agua para mantenerla fresca, y los emperadores chinos, así como las dinastías egipcias y fenicias, utilizaban la plata para sus cubiertos y vasijas.

Durante muchos siglos, la plata se utilizó para evitar el contagio de enfermedades, aún sin conocer su mecanismo de acción. Hoy en día sabemos que los iones de plata son un potente agente antimicrobiano, es decir, que es capaz de acabar con todo tipo de gérmenes: bacterias, hongos, virus y protozoos. Pero, ¿cómo puede resultar la plata tan letal para los microorganismos?

Hemos hablado con la investigadora postdoctoral Diana Vilela, del laboratorio de Samuel Sánchez Smart nano-bio-devices, para resolver estas y otras dudas respecto al uso bactericida de la plata en la actualidad, pues recientemente Diana – en colaboración con otros investigadores – ha diseñado un nuevo tipo de microrobot con partículas de plata, capaz de limpiar las bacterias del agua contaminada. Habíamos hablado sobre qué es un microrobot recientemente en el blog, puedes leerlo aquí.

 

Los microrobots en acción; imagen cedida por el investigador.

P: Diana, ¿nos podrías hablar sobre los microrobots basados en el uso de plata que habéis creado? ¿Cómo son? ¿Cómo funcionan?

D: El diseño de este microrobot es el de una esfera Janus multicapa. Las esferas Janus tienen una mitad recubierta de diversas capas, y la otra mitad se deja descubierta. El objetivo es que la mitad descubierta reaccione con alguna sustancia del medio en el que navega el microrobot, y se propulse a través de esta reacción. Este robot bactericida tiene el núcleo de magnesio. Al entrar en contacto con el agua, el magnesio se descompone y de la reacción química (que emite burbujas) sale el empuje necesario para propulsar los microrobots. Al cabo de unas horas el magnesio se consume, y solo queda el caparazón multicapa. El magnesio, al ser habitual y saludable en el agua mineral, no contamina el medio.

 

En la mitad multicapa de la esfera, se le otorga al microrobot su funcionalidad. En el caso del microrobot bactericida, hemos depositado una capa fina de hierro encima del núcleo. Gracias a esta capa, podemos recoger los micromotores con un imán después de que hayan limpiado el agua. La siguiente capa es de oro, pues el oro tiene la capacidad de atraer a las bacterias (hablamos de ello en un artículo publicado recientemente). Por último, añadimos nanopartículas de plata a la superficie de nuestra esfera. Estas desprenden iones de plata, que son letales para las bacterias del medio.

 

Diana Vilela, en el laboratorio.

P: ¿Y cual es el mecanismo de acción de estas partículas de plata para acabar con las bacterias?

D: Sabemos que la Plata es un metal poco estable, con tendencia a desprender iones. El contacto de la plata con las membranas de las bacterias, que son bastante ácidas, provocan que la plata se deshaga de iones. Estos iones de plata entran en la bacteria, y allí reaccionan con las enzimas que hay dentro, concretamente con los grupos químicos llamados “tiol” (muy frecuentes en estas enzimas).  Esta interferencia se puede entender como una forma de bloqueo:  las enzimas que se conjugan con la plata pierden su funcionalidad, de manera que en cuestión de horas, gran parte de las funciones básicas de la bacteria se ven frenadas e incluso impedidas.

P: En la actualidad, utilizamos antibióticos para tratar las enfermedades bacterianas humanas, aunque sabemos que muchas bacterias se están volviendo resistentes a muchos de estos fármacos, lo que puede suponer un problema de salud pública. ¿Podríamos emplear la plata con fines terapéuticos?

D: Los antibióticos a día de hoy son la única solución eficaz contra las enfermedades infecciosas. Su uso prudente y responsable nos puede ayudar a preservar sus beneficios, pero es cierto que tendremos que pensar en nuevas formas de luchar contra los microorganismos en un futuro cercano. Respecto a la plata, su uso terapéutico actual se limita a la vía tópica. Lo encontramos en apósitos para úlceras, y se utiliza en electrodos y material médico. No se ha demostrado que ingerir plata sea seguro para el organismo humano.

 

Ilustración de varias bacterias. Fuente: Pixabay

P: A largo plazo, ¿se podría diseñar un microrobot que luchara contra las bacterias patógenas dentro de nuestro organismo?

Estamos trabajando en ello. De momento, hemos diseñado un microrobot híbirido: utilizamos una bacteria inocua para el organismo, y esta se engancha a un microtubo de sílice. La bacteria propulsa el microrobot, y en la malla de sílice se introduce el antibiótico. De momento los hemos comprobado que en biopelículas de bacterias. En las superficies interiores del cuerpo, las bacterias se protegen cubriéndose de una capa de exopolisacáridos, que básicamente impide que las células de nuestro sistema inmune las alcancen para eliminarlas.  Los microrobots híbridos que hemos diseñado son capaces de atacar a las bacterias patógenas, primero penetrando en la biopelícula gracias a la propulsión, y después, liberando el antibiótico.

 

P: ¿Crees que se están destinando esfuerzos suficientes a la búsqueda de nuevos antibióticos?

D: Durante los últimos años la investigación se ha centrado en la cura del cáncer pues, no olvidemos que aún a día de hoy el cáncer causa mucha mortalidad en la población mundial.  Pero está habiendo un cambio de paradigma, y pienso que en los próximos años la comunidad científica destinará muchos más esfuerzos a combatir las infecciones bacterianas. Nosotros seguiremos trabajando para mejorar la forma de administrar y distribuir fármacos en el organismo por medio de microrobots.

 

Artículo y fotografía: Pilar Rodríguez-Franco

 


Sobre Diana Vilela…

Diana Vilela es investigadora postdoctoral del grupo de Smart nano-bio-devices del IBEC dirigido por Samuel Sánchez, con el que ya trabajó en el instituto Max Planck en Alemania. Aunque al principió puso sus esfuerzos en aplicaciones de alimentación, pronto cambió y en la actualidad desarrolla microrobots para aplicaciones medioambientales y de salud. Forma parte del programa del IBEC BEST, que persigue atraer a investigadores internacionales con experiencia en las áreas de Nanomedicina, Ingeniería Celular y TIC para la Salud.

Diana recibió su formación universitaria en la Universidad de Alcalá, donde se licenció en química. Pronto se interesó en el universo de los nanomateriales y el sensado, lo que la llevó a cursas un doctorado en química analítica en temas relacionados con los controles de calidad alimentarios. Fue en su primer postdoc, en Estados Unidos y bajo la supervisión del prof. Joseph Wang, cuando entró en contacto con los microrobots. Y desde entonces, decidió destinar sus esfuerzos a investigar las posibilidades de estos diminutos ingenios.


 

Bibliografía

“Aristóteles”; Entrada Wikipedia(2017)

“CRC Concise Encyclopedia of Nanotechnology”; Boris Ildusovich Kharisov, Oxana Vasilievna Kharissova, Ubaldo Ortiz-Mendez (2015)

“The Epidermis in Wound Healing”; CRC Press; David T. Rovee,Howard I. Maibach (2003)

“The role of silver in wound healing”; British Journal of Nursing; Caroline Graham; (2013)

Use of Silver in the Prevention and Treatment of Infections: Silver Review; Surgical Infections; Caroline Graham; (2013)