Estrategias aplicadas a la inhibición del desarrollo de biofilms en dispositivos médicos

MIÑAN, A; DIAZ, C; LORENTE, C; THOMAS, A; SCHILARDI, P.L; FERNANDEZ LORENZO DE MELE, M

La Plata

Workshop; Workshop Iberoamericano sobre Biomateriales para Aplicaciones Médicas; 2017

La formación de biofilms bacterianos es motivo de gran preocupación en área de salud. En particular, los dispositivos implantables son vulnerables a la formación de biofilms bacterianos, favoreciendo el desarrollo de infecciones crónicas con peligrosas consecuencias para el paciente. Bajo esta forma de crecimiento las bacterias son altamente resistentes a los tratamientos antibióticos y por tanto difíciles de erradicar. En la actualidad existe un gran interés en el desarrollo de estrategias que prevengan infecciones asociadas a biofilms. Por este motivo en nuestro grupo hemos desarrollado dos enfoques que evitan la proliferación de microorganismos, con potencial aplicación en dispositivos biomédicos. El primero está vinculado a la nanotecnología mediante al desarrollo superficies nano/micro estructuradas que actúan sinérgicamente con antibióticos de uso clínico. La segunda estrategia se basa en el empleo de la inactivación fotodinámica (IFD) de bacterias como alternativa eficaz para la erradicación de microorganismos patógenos multiresistentes. En nuestro primer enfoque basado en la modificación de superficies en la micro/nano escala, hemos encontrado que la formación de agregados bacterianos y la posterior colonización de la superficie, se inhiben cuando los sustratos poseen un patrón de canales (sub-microestructurados) con dimensiones que coincidan con el tamaño de las células. Este fenómeno se puede apreciar tanto en bacterias Gram positivas (Staphylococcus aureus) como Gram negativas (Pseudomonas fluorescens). Asimismo, observamos en estos patógenos un efecto sinérgico cuando los biofilms formados en estas superficies fueron tratados con antibióticos (levofloxacina y estreptomicina). Así, bajas concentraciones de antibióticos equivalentes a la concentración inhibitoria minina (CIM) posibililitaron que los biofilms fueran prácticamente erradicados (viabililidad < 99.99 %) en superficies submicroestructurados mientras que en superficies lisas (sin canales) la viabilidad decayó solamente un 99%. De esta manera la estrategia combinada (superficie sub-microestructurada + antibiótico) es promisoria para la erradicación de biofilms en materiales propensos a contaminación microbiana. Por otra parte, ante la necesidad de contar con nuevos antimicrobianos capaces de erradicar patógenos multiresistentes evaluamos las propiedades fotodinámicas antibacterianas del fotosensibilizador carboxipterina (Cap) como primera etapa hacia su incorporación en biomateriales. En este sentido cultivos planctónicos y sésiles de S. aureus se expusieron a Cap (0,01 - 200 uM) y radiación UV por 2 h observándose una excelente actividad antimicrobiana. Luego del tratamiento de IFD la concentración bactericida mínima (CBM) de Cap frente a cultivos planctónicos fue 0,1 uM mientras que la erradicación se alcanzó a 0.4 uM. Los biofilms de S. aureus exhibieron una CBM de 50 uM superior a la observada en la población planctónica, la cual se explicaría por la producción de matriz extracelular. Basados en estos resultados la IFD constituye una terapia adecuada y prometedora para la erradicación de poblaciones planctónicos e inhibición del desarrollo de biofilms de patógenos hospitalarios. El desarrollo de superficies modificadas en la micro/nano escala, al igual que la IFD de bacterias muestran un gran potencial de aplicación en el desarrollo de una nueva generación de biomateriales con propiedades antimicrobianas.