Un hospital o clínica médica podría ser el último lugar donde esperaría contraer una infección desagradable, pero aproximadamente 1,7 millones de estadounidenses lo hacen cada año, lo que resulta en casi 100 000 muertes por complicaciones relacionadas con infecciones y aproximadamente $30 000 millones en costos médicos directos.
Los principales culpables, dicen los expertos, que representan dos tercios de estas infecciones, son dispositivos médicos como catéteres, stents, válvulas cardíacas y marcapasos, cuyas superficies a menudo se cubren con películas bacterianas dañinas. Pero un nuevo tratamiento de superficie desarrollado por un equipo de científicos dirigido por UCLA podría ayudar a mejorar la seguridad de estos dispositivos y aliviar la carga económica del sistema de atención médica.
El nuevo enfoque, probado tanto en entornos clínicos como de laboratorio, implica depositar una capa delgada de lo que se conoce como material zwitteriónico en la superficie de un dispositivo y unir permanentemente esa capa al sustrato subyacente mediante irradiación de luz ultravioleta. La barrera resultante evita que las bacterias y otros materiales orgánicos potencialmente dañinos se adhieran a la superficie y provoquen infecciones.
Los hallazgos del equipo se publican el 19 de mayo en la revista Materiales avanzados.
En el laboratorio, los investigadores aplicaron el tratamiento de superficie a varios materiales de dispositivos médicos de uso común y luego probaron la resistencia de los materiales modificados a varios tipos de bacterias, hongos y proteínas. Descubrieron que el tratamiento redujo el crecimiento de biopelículas en más del 80 % y, en algunos casos, hasta en un 93 %, según la cepa microbiana.
“Las superficies modificadas exhibieron una fuerte resistencia contra los microorganismos y las proteínas, que es precisamente lo que buscábamos lograr”, dijo Richard Kaner, Dr. Myung Ki Hong, profesor de innovación de materiales de la UCLA y autor principal de la investigación. “Las superficies redujeron en gran medida o incluso impidieron la formación de biopelículas.
“Y nuestros primeros resultados clínicos han sido sobresalientes”, añadió Kaner.
La investigación clínica involucró a 16 usuarios de catéteres urinarios a largo plazo que cambiaron a catéteres de silicona con el nuevo tratamiento de superficie zwitteriónico. Este catéter modificado es el primer producto fabricado por una empresa que Kaner fundó en su laboratorio, llamada SILQ Technologies Corp., y ha sido aprobado para su uso en pacientes por la Administración de Alimentos y Medicamentos.
Diez de los pacientes describieron su condición del tracto urinario usando el catéter con superficie tratada como “mucho mejor” o “mucho mejor”, y 13 optaron por continuar usando el nuevo catéter en lugar de las opciones convencionales de látex y silicona después de que finalizó el período de estudio.
“Un paciente vino a UCLA hace unas semanas para agradecernos por cambiar su vida, algo que, como científico de materiales, nunca pensé que fuera posible”, dijo Kaner. “Sus catéteres anteriores se bloqueaban después de aproximadamente cuatro días. Tenía dolor y necesitaba procedimientos médicos repetidos para reemplazarlos. Con nuestro tratamiento de superficie, ahora viene cada tres semanas y sus catéteres funcionan perfectamente sin incrustaciones ni oclusión. una ocurrencia común con sus anteriores”.
Dichos problemas del tracto urinario relacionados con el catéter ilustran los problemas que afectan a otros dispositivos médicos que, una vez insertados o implantados, pueden convertirse en criaderos de bacterias y crecimiento de biopelículas dañinas, dijo Kaner, miembro del Instituto de Nanosistemas de California en UCLA, quien también es un distinguido profesor de química y bioquímica, y de ciencia e ingeniería de materiales. Las células patógenas expulsadas por estas biopelículas altamente resistentes provocan infecciones recurrentes en el cuerpo.
En respuesta, el personal médico rutinariamente administra fuertes antibióticos a los pacientes que usan estos dispositivos, una solución a corto plazo que presenta un riesgo a largo plazo de crear infecciones por “superbacterias” resistentes a los antibióticos que amenazan la vida. Mientras más ampliamente y con más frecuencia se receten los antibióticos, dijo Kaner, es más probable que las bacterias desarrollen resistencia a ellos. Un informe histórico de 2014 de la Organización Mundial de la Salud reconoció este uso excesivo de antibióticos como una amenaza inminente para la salud pública, y los funcionarios pidieron una respuesta agresiva para prevenir “una era posterior a los antibióticos en la que las infecciones comunes y las lesiones menores que han sido tratables durante décadas pueden una vez Vuelve a matar”.
“La belleza de esta tecnología”, dijo Kaner, “es que puede prevenir o minimizar el crecimiento de biopelículas sin el uso de antibióticos. Protege a los pacientes que usan dispositivos médicos, y por lo tanto nos protege a todos, contra la resistencia microbiana y la proliferación de superbacterias”.
Se sabe que los polímeros de zwitterión del tratamiento de superficie son extremadamente biocompatibles y absorben el agua con mucha fuerza, formando una delgada barrera de hidratación que evita que las bacterias, los hongos y otros materiales orgánicos se adhieran a las superficies, dijo Kaner. Y, señaló, la tecnología es altamente efectiva, no tóxica y de costo relativamente bajo en comparación con otros tratamientos superficiales actuales para dispositivos médicos, como los recubrimientos infundidos con antibióticos o plata.
Más allá de su uso en dispositivos médicos, la técnica de tratamiento de superficies podría tener aplicaciones no médicas, dijo Kaner, extendiendo potencialmente la vida útil de los dispositivos de tratamiento de agua y mejorando el rendimiento de las baterías de iones de litio.
Las fuentes de financiación para el estudio incluyeron los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Nacional de Ciencias, los Institutos Canadienses de Investigación en Salud, SILQ Technologies Corp. y el Gran Desafío de Sostenibilidad de UCLA.
Los coautores principales del estudio son Brian McVerry, Alex Polasko y Ethan Rao. McVerry ayudó a desarrollar este y otros tratamientos de superficie durante su investigación de doctorado en UCLA con Kaner y cofundó SILQ Technologies Corp., donde ahora es director de tecnología. Rao, director de investigación y desarrollo de SILQ, y el coautor del estudio, Na He, ingeniero de procesos de SILQ, han realizado una investigación de la UCLA en el laboratorio de Kaner.
Otros coautores son Shaily Mahendra, profesora de ingeniería civil y ambiental de la Escuela de Ingeniería Samueli de la UCLA, y Dino Di Carlo, profesor de bioingeniería y de ingeniería mecánica y aeroespacial; Amir Sheikhi, profesor asistente de ingeniería química y biomédica en la Universidad de Penn State; y Ali Khademhosseini, director ejecutivo del Instituto Terasaki para la Innovación Biomédica y ex profesor de bioingeniería, ingeniería química y biomolecular y ciencias radiológicas en UCLA.