Científicos recurren a los nanomateriales para curar heridas difíciles

Para la mayoría de las personas, un pequeño corte o rasguño no supone ningún problema: el cuerpo se cura rápidamente y los antibióticos pueden tratar cualquier infección. Sin embargo, algunas heridas, como las quemaduras graves y las úlceras diabéticas, son propensas a sufrir infecciones bacterianas que pueden volverse resistentes a los antibióticos.

“Las heridas diabéticas son muy difíciles de curar y las personas conviven con ellas prácticamente durante el resto de su vida”, afirma Vitaliy Khutoryanskiy, científico especializado en materiales de la Universidad de Reading, en el Reino Unido.

Para abordar este problema, científicos están desarrollando nuevas formas de tratar las heridas infectadas mediante nanomateriales especialmente diseñados que se activan con luz y ejercen una acción antimicrobiana precisa. Este enfoque se ha mostrado prometedor a la hora de reducir la infección y acelerar la cicatrización de las heridas en experimentos con ratones y cerdos, pero aún no se ha probado en personas.

Las heridas crónicas que no cicatrizan ofrecen las condiciones ideales para la formación de biopelículas resistentes, que retrasan la cicatrización y aumentan significativamente el riesgo de amputación. La gran mayoría de estas heridas —más del 78 %— presentan estas capas tenaces de bacterias, que a menudo son resistentes a los antibióticos.

Los nuevos nanomateriales activados por la luz ofrecen una forma diferente de erradicar las infecciones bacterianas, ya sea convirtiendo la luz en calor localizado o reaccionando con el oxígeno presente en los tejidos para producir moléculas tóxicas que matan a las bacterias con un daño mínimo para el tejido circundante.

Nuestra piel puede absorber de forma natural pequeñas cantidades de radiación, pero con la ayuda de nanomateriales especialmente diseñados, afirma Zhenpeng Qin, científico especializado en materiales de la Universidad de Texas en Dallas, “se puede calentar el tejido a una temperatura más elevada”. El calor debilita a las bacterias y favorece la reparación de los tejidos. Qin, coautor de una exploración sobre la técnica publicado en el Annual Review of Biomedical Engineering de 2024, señala que se han utilizado terapias similares, activadas por la luz, para administrar toxinas dirigidas a determinados tipos de cáncer de piel y de esófago, pero que no se han aplicado de forma generalizada al tratamiento de heridas.

En un prometedor estudio sobre heridas, Raffaele Mezzenga, científico especializado en materiales de la ETH de Zúrich, y sus colegas partieron de una proteína antimicrobiana de origen natural llamada lisozima, extraída de la clara de huevo. Modificaron genéticamente la proteína para convertirla en un gel mezclado con un colorante que absorbe la luz. En presencia de luz del infrarrojo cercano, el colorante se calienta, derritiendo el gel y liberando lisozima activa. Cuando se apaga la luz y el material se enfría, la lisozima vuelve a su forma inactiva.

Al aplicar el gel a heridas de ratones y cerdos, el equipo descubrió que erradicaba más del 95 % de las bacterias presentes. Las heridas también se curaron más rápidamente, ya que la lisozima —que también es tóxica para las células sanas— solo se activaba en la herida al ser irradiada con luz, lo que evitaba la sobreexposición de la piel. Para potenciar aún más la cicatrización, el equipo añadió iones de magnesio al gel, lo que prepara a las células inmunitarias llamadas macrófagos para que pasen de un estado inflamatorio a otro que favorezca la cicatrización. “La cicatrización será mucho más rápida porque se eliminan las bacterias y se cura la herida al mismo tiempo”, afirma Mezzenga.

Dado que las biopelículas bacterianas son especialmente persistentes en las superficies de los implantes médicos —donde pueden provocar infecciones recurrentes y, en ocasiones, requieren cirugías repetidas o incluso amputaciones—, el equipo también probó su gel en articulaciones protésicas infectadas de ratones. Inyectaron el gel alrededor de una aguja implantada infectada e irradiaron luz del infrarrojo cercano a través de la piel. El tratamiento eliminó las biopelículas y erradicó alrededor del 99 % de las bacterias alrededor del implante, al tiempo que preservó el tejido óseo.

En otro estudio reciente, científicos de la Universidad Médica de Gannan y de la Universidad de Shanghái, en China, trataron heridas utilizando un nanomaterial compuesto por nanopartículas de oro y “puntos cuánticos” de óxido de grafeno, que son diminutas partículas semiconductoras a base de carbono. Al ser irradiadas con luz azul, las partículas de oro absorben la energía luminosa y la convierten en calor, mientras que el óxido de grafeno ayuda a transferir electrones a través del material. Esto potencia las reacciones que producen moléculas tóxicas e inestables denominadas “especies reactivas de oxígeno”, que reaccionan con las estructuras de las membranas bacterianas y las destruyen.

Cuando los científicos añadieron este material a una solución bacteriana y la expusieron a luz azul durante 10 minutos, el calor moderado y las especies reactivas de oxígeno actuaron conjuntamente para provocar la desintegración de las membranas bacterianas. Mediante un colorante que permitía distinguir las bacterias muertas de las vivas, los investigadores confirmaron que el tratamiento había eliminado el 97 % de las bacterias.

Las pruebas con el nanomaterial en ratones revelaron que, al cabo de nueve días, las heridas de los ratones tratados presentaban una cicatrización del 99 %, mientras que las de los ratones no tratados solo mostraban una cicatrización de alrededor del 70 %.

Aunque estas técnicas se han mostrado prometedoras en el laboratorio, será necesario seguir trabajando antes de que puedan aplicarse a personas. “Aún queda camino por recorrer”, afirma Lars Kaestner, biólogo de la Universidad de Saarland, en Alemania. Para que resulten útiles en un entorno clínico, señala, los investigadores tendrían que realizar exhaustivas pruebas de seguridad y reducir el costo de los nanomateriales.

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No obstante, la idea ofrece esperanza a los pacientes con heridas crónicas que no cicatrizan con los antibióticos convencionales, sobre todo ahora que las infecciones resistentes a los medicamentos son cada vez más frecuentes en los hospitales y en la atención a los diabéticos.

“Es un buen concepto”, afirma Qin. “La cicatrización de las heridas y la resistencia a los antibióticos son retos muy importantes. Y creo que cualquier avance que podamos lograr en estos ámbitos sería bienvenido”.

Artículo traducido por Debbie Ponchner