Nanopartículas para combatir bacterias: cuando la unión hace la fuerza

A veces, las mayores amenazas no hacen ruido. No se ven, no se anuncian. Están ahí, agazapadas, pasando desapercibidas, adaptándose. En los hospitales, donde todo está diseñado para curar, algunas bacterias han aprendido a resistir, a esquivar tratamientos y a persistir incluso frente a los antibióticos más avanzados.

En ese escenario, la ciencia busca nuevas formas de responder. Por eso, un equipo de investigación internacional liderado por el Instituto de Investigaciones Químicas (IIQ-CSIC-Universidad de Sevilla) ha diseñado nanopartículas que eliminan de forma selectiva Staphylococcus aureus, una bacteria asociada a infecciones hospitalarias y cada vez más resistente a los antibióticos. El avance, probado en laboratorio y publicado en Inorganic Chemistry, abre nuevas vías para desarrollar estrategias antimicrobianas cuando los tratamientos convencionales dejan de ser eficaces.

Grupo de investigación CataNa, del Instituto de Investigaciones Químicas (IIQ-CSIC-Universidad de Sevilla) .

La propuesta se basa en un enfoque biomimético, es decir, inspirado en sistemas naturales, que combina nanomateriales con biomoléculas orgánicas. Esto es, una molécula propia de los seres vivos, como las que forman el ADN o las proteínas.

La novedad que proponen reside en unir dos elementos que, por separado, no tienen efecto antibacteriano: nanopartículas de rutenio -un metal empleado en química para acelerar reacciones- y una molécula orgánica derivada del uracilo, uno de los componentes del material genético de los seres vivos.

Como ya apuntaba Aristóteles en su Metafísica (siglo IV a. C.), “el todo es más que la suma de sus partes”. No todo se puede entender mirando las piezas por separado; sino que lo importante ocurre cuando interactúan entre sí. En estas nanopartículas, esa idea se materializa dado que, por separado, ni el rutenio ni la molécula derivada del uracilo muestran actividad antibacteriana. Sin embargo, al integrarse en una única estructura, generan una propiedad nueva: la capacidad de eliminar bacterias de forma selectiva. “No se trata solo de sumar propiedades, sino de generar un efecto conjunto”, explica a la Fundación Descubre el investigador del IIQ-CSIC Luis Miguel Martínez Prieto.

Del diseño a la nanoescala

Para obtener estas estructuras, el equipo desarrolló un método de síntesis sencillo que permite fabricarlas en un solo paso. La molécula derivada del uracilo actúa como una especie de guía que dirige la formación de las nanopartículas, evitando que el metal se agrupe en bloques mayores y favoreciendo la aparición de partículas muy pequeñas y uniformes.

nanopartículas de rutenio usando un microscopio electrónico de alta resolución.

El proceso se realiza a baja temperatura, en un único recipiente y sin generar residuos innecesarios. Una vez obtenidas, observaron a través de un microscopio de alta resolución que los átomos se organizaban siguiendo un patrón ordenado, similar al de un panal de abeja, lo que contribuye a que sus componentes se mantengan unidos y sean eficaces. Además, los expertos emplearon herramientas de computación avanzada para comprender cómo interactúan el metal y la molécula orgánica en la superficie de la nanopartícula.

Seleccionar las bacterias

El equipo comparó su actividad antibacteriana con distintos materiales de referencia: la biomolécula orgánica por separado, un complejo de rutenio estabilizado con la misma biomolécula, nanopartículas sin la molécula orgánica y nanopartículas de rutenio con un tamaño mayor.

Los resultados mostraron:

• Solo las nanopartículas más pequeñas recubiertas con la molécula derivada del uracilo mostraban actividad antibacteriana.
• El efecto no era general, sino selectivo.
• La acción se dirigía específicamente frente a Staphylococcus aureus.

Los científicos indican que uno de los principales retos en el desarrollo de nuevos agentes antimicrobianos es la selectividad, es decir, evitar que actúen de forma indiscriminada sobre distintos microorganismos o que favorezcan la aparición de resistencias. “Diseñar compuestos que sean efectivos sobre bacterias concretas es una de las estrategias actuales para desarrollar tratamientos más eficaces y seguros”, señala el investigador.

Más allá de los antibióticos

El trabajo se sitúa en un contexto en el que las infecciones resistentes a antibióticos representan un desafío creciente para los sistemas sanitarios. Frente a esta situación, la investigación en nuevos materiales abre una vía complementaria a los fármacos tradicionales. Los expertos añaden que la combinación de nanopartículas metálicas con moléculas biológicas podría aplicarse en el futuro al desarrollo de compuestos con actividad antifúngica o incluso anticancerígena.

Los siguientes pasos del grupo CATANA (IIQ-CSIC-Universidad de Sevilla) consistirán en explorar nuevas combinaciones de estos sistemas híbridos y avanzar hacia modelos más cercanos a la aplicación clínica.

Porque, frente a microorganismos que evolucionan sin descanso, la innovación no siempre consiste en encontrar un nuevo fármaco, sino en aprender a diseñar herramientas que aprovechen la combinación de elementos para mejorar sus efectos.

Más información en #CienciaDirecta: Diseñan nanopartículas selectivas que eliminan bacterias infecciosas hospitalarias