Materiales antimicrobianos, una vía emergente para prevenir infecciones sin favorecer resistencias
Frente a la resistencia a los antimicrobianos, un reto que preocupa a la OMS y a los sistemas de salud de todo el mundo, el CSIC investiga nuevos materiales capaces de evitar infecciones
La resistencia a los antimicrobianos se ha convertido en una de las mayores amenazas sanitarias del siglo XXI. La creciente incapacidad de los antibióticos para frenar microorganismos que antes eran fácilmente controlables ha hecho que hospitales, investigadores y organismos internacionales adviertan del riesgo real de volver a una “era preantibiótica”, en la que una operación rutinaria, una infección menor o una neumonía común podrían convertirse en potencialmente mortales. Frente a esta amenaza, la investigación científica busca alternativas que no pasen únicamente por descubrir nuevos antibióticos, sino por evitar que las infecciones se produzcan.
En este contexto, los materiales antimicrobianos se han convertido en una línea de defensa clave. Desde superficies que impiden que las bacterias se adhieran hasta compuestos que se activan con la luz para eliminarlas, distintos grupos de investigación del CSIC trabajan en soluciones que actúan desde el diseño del propio material. Todos ellos tienen un objetivo común: frenar la colonización bacteriana sin favorecer la aparición de nuevas resistencias.
Superficies metálicas que dificultan la infección
Uno de los ámbitos donde este enfoque resulta especialmente relevante es el de los implantes y dispositivos médicos. En prótesis de cadera o rodilla, por ejemplo, las infecciones suelen iniciarse poco después de la cirugía, cuando las bacterias se adhieren a la superficie del implante y forman lo que se conoce con el nombre de biofilm, una estructura que las protege y las hace muy difíciles de eliminar con antibióticos.
Ana Conde del Campo
Desde hace casi dos décadas, el grupo Copromat del Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas (CENIM-CSIC), dirigido por Ana Conde del Campo, trabaja en el desarrollo de superficies metálicas antimicrobianas para reducir este tipo de infecciones. Su estrategia consiste en modificar la superficie de titanio de los implantes haciendo crecer una capa de óxido de titanio con flúor y una estructura de diminutos tubos (nanotubular). Esta modificación reduce la adherencia bacteriana y, además, permite cargar la superficie con antibióticos, lo que aumenta su eficacia frente a las bacterias más frecuentes en infecciones protésicas.
Los resultados muestran que estas superficies pueden eliminar más del 95 % de las bacterias depositadas, sin afectar negativamente a la integración del implante en el hueso. A raíz de la pandemia, esta misma aproximación se aplicó a otros metales de uso común, como los aceros inoxidables presentes en hospitales o en la industria alimentaria. En estos casos, los tratamientos consiguen reducir entre un 90 % y un 98 % la adhesión de bacterias responsables de intoxicaciones alimentarias (como E. coli, Salmonella o Listeria) o infecciones asociadas a la atención sanitaria, contribuyendo a limitar su propagación a través del contacto con superficies contaminadas.
Materiales que ‘cazan’ bacterias
Otra forma de abordar el problema consiste en controlar cómo interactúan las bacterias con los materiales. Esa es la línea de trabajo de Enrique Martínez-Campos, del Instituto de Ciencia y Tecnología de Polímeros (ICTP-CSIC), que se centra en modificar la superficie de materiales clínicos para dificultar la adhesión bacteriana sin perjudicar el crecimiento de las células humanas (biocompatibilidad).
Con su equipo han desarrollado superficies con miles de microporos organizados como un panal. Para lograrlo, durante la fabricación, pequeñas gotas de agua se condensan sobre una película polimérica y, al evaporarse, dejan una red de cavidades microscópicas. Estas estructuras influyen de manera decisiva en el comportamiento de las bacterias sobre el material, atrapándolas y dificultando su supervivencia, mientras que las células humanas pueden crecer con normalidad.
Enrique Martínez Campos, en su laboratorio del ICTP
El grupo de Martínez-Campos investiga también la introducción de grupos fluorados, en la superficie de estos materiales. Estos fragmentos químicos modifican la forma en que la superficie interactúa con el agua y con los microorganismos, haciendo más difícil la adhesión bacteriana sin perder biocompatibilidad. El uso de técnicas de impresión en dos y tres dimensiones permite, además, fabricar superficies con estructuras microscópicas específicamente diseñadas para reducir la proliferación de bacterias y virus.
Para acercar estos estudios a condiciones reales, los investigadores han desarrollado un modelo de piel humana cultivada en laboratorio, que reproduce la epidermis y la dermis. Este sistema permite estudiar la respuesta de los tejidos frente a infecciones y evaluar nuevas estrategias antimicrobianas de forma más realista.
Desinfectar con luz para evitar resistencias
ROSARIO NUÑEZ
En el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona del CSIC (ICMAB-CSIC), el grupo liderado por Rosario Núñez explora una estrategia diferente denominada terapia fotodinámica antimicrobiana. Esta técnica se basa en el uso de compuestos sensibles a la luz que, al ser irradiados en presencia de oxígeno, generan especies altamente reactivas capaces de destruir las bacterias.
El equipo ha desarrollado una familia de moléculas sintéticas activadas por la luz, conocidas como BODIPY yodado, que mejoran su solubilidad y su eficacia antimicrobiana. Una de estas moléculas ha demostrado eliminar por completo cultivos de bacterias especialmente problemáticas en hospitales, como Staphylococcus aureus o Enterococcus faecium, tras la exposición a luz verde.
Una de las ventajas de este enfoque es su activación controlada, porque los materiales solo actúan cuando reciben luz, lo que reduce el riesgo de toxicidad y dificulta que las bacterias desarrollen resistencias. Estas propiedades los convierten en candidatos prometedores para sistemas de desinfección de superficies y dispositivos médicos, especialmente en entornos donde se requiere una acción rápida y localizada.
Dispositivos que incorporan defensas naturales
INMA RATERA
La prevención de infecciones asociadas a catéteres y otros dispositivos médicos es el foco del trabajo de Imma Ratera, también del ICMAB-CSIC y del CIBER-BBN. Su investigación busca dotar a estos dispositivos médicos de propiedades antibacterianas inspiradas en los mecanismos de defensa del propio organismo.
El grupo ha desarrollado una estrategia para modificar químicamente la superficie de polímeros como el poliuretano termoplástico, muy utilizado en catéteres. Mediante monocapas de moléculas autoensambladas, han logrado anclar de forma estable una proteína antimicrobiana humana, la α-defensina 5. Esta funcionalización confiere a la superficie una protección duradera frente a bacterias que suelen colonizar estos dispositivos y formar biofilms resistentes a los antibióticos.
El resultado son materiales capaces de impedir la colonización bacteriana desde el primer momento, reduciendo el riesgo de infecciones hospitalarias asociadas a implantes. Estos trabajos los han desarrollado en colaboración con centros sanitarios y de investigación, lo que facilita su traslado a aplicaciones clínicas reales.
Prevención desde una perspectiva One Health
Belen Cabal Alvarez-
Una visión complementaria es la que desarrolla Belén Cabal Álvarez desde el Centro de Investigación en Nanomateriales (CINN-CSIC), cuyo trabajo se inscribe en el enfoque integral One Health, que reconoce la interconexión entre la salud humana, animal y ambiental. Su línea de investigación se centra en el diseño de materiales antimicrobianos inorgánicos.
En el campo de la salud humana, su equipo ha desarrollado recubrimientos antimicrobianos para implantes, con especial atención al ámbito dental. Uno de sus desarrollos busca prevenir la periimplantitis, una infección bacteriana que provoca inflamación y afecta a los tejidos que rodean los implantes dentales. Estos materiales reducen de forma significativa la formación de biofilm sin comprometer la biocompatibilidad con los tejidos.
En sanidad animal, sus investigaciones se orientan a minimizar los focos de contaminación microbiológica en entornos ganaderos, mientras que en el ámbito ambiental trabajan en nuevos agentes para el control de fitopatógenos que afectan a cultivos de interés agrícola. Este enfoque apuesta por prevenir la aparición y propagación de infecciones mediante materiales que actúan desde el origen, reduciendo la necesidad de tratamientos posteriores.
Cambio de estrategia frente a las infecciones
En conjunto, estas líneas de investigación llevadas a cabo en el CSIC reflejan un cambio de paradigma en la lucha contra las infecciones. Frente a la búsqueda exclusiva de nuevos antibióticos, los materiales antimicrobianos apuestan por prevenir la colonización bacteriana, dificultar la formación de biofilms o eliminar patógenos mediante mecanismos físicos o fotoquímicos difíciles de esquivar.
Desde hospitales y quirófanos hasta la industria alimentaria, la agricultura o la ganadería, estos materiales abren la puerta a entornos más seguros y menos dependientes de los antibióticos. En un escenario marcado por el avance imparable de la resistencia a la mayoría de los antibióticos de uso común, las superficies capaces de defenderse por sí mismas podrían convertirse en una de las herramientas más eficaces para frenar una amenaza sanitaria global que ya no es futura, sino presente.
Un recubrimiento antimicrobiano inspirado en los mejillones para evitar infecciones