Alrededor de 23.000 americanos y 25.000 europeos mueren cada año a causa de infecciones resistentes a los antibióticos, según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) de EE. UU. La progresión es aún más alarmante: se espera que el número de infecciones se multiplique por cinco aproximadamente cada ocho años. Si las tendencias actuales continúan, las infecciones serán la principal causa de muerte en el mundo para 2040. Esto exige un cambio en la forma en la que los profesionales de la salud se enfrentan a las bacterias que provocan infecciones. Los antibióticos han sido el arma elegida durante décadas, pero conforme se incrementa la resistencia a las bacterias, se requieren planteamientos más audaces.
Uno de los problemas fundamentales de los antibióticos es que la mayoría de las bacterias llevan la capacidad de realizar las modificaciones necesarias en su ADN celular para eludir la acción de cualquier antibiótico concreto. Al exponerse a los antibióticos, una bacteria baraja su ADN como un mazo de cartas hasta que consigue una combinación que funciona frente a los antibióticos. Y las probabilidades están a favor de las bacterias. "Tienes miles de millones de bacterias en tu interior", explica Vincent Rotello, químico de la Universidad de Massachusetts. "Vas a tener un buen número de ellas que se salgan con la suya". Cuando eso ocurra, te habrás topado con una cepa resistente a los antibióticos.
En lugar de centrarse en antibióticos nuevos, Rotello está desarrollando materiales resistentes a las bacterias que evitarían que la mayoría de las bacterias puedan asentarse en sus superficies, a la vez que matarían las pocas que lo consigan. Estos materiales podrían revestir desde ropa a dinero, pintura e incluso dispositivos médicos implantados en nuestro cuerpo para sustituir rodillas o caderas desgastadas. Y podrían simplemente salvar nuestras vidas.
Evolución preventiva
El primer paso es desarrollar un nuevo tipo de revestimientos biológicos que sean resistentes a la adhesión, lo que dificultaría mucho más la propagación de las bacterias de una persona o sitio a otro. Rotello está adaptando superficies antiadherentes formadas por materiales como el teflón o los polímeros fluorados y películas metálicas como el titanio para usarlas en fibras y otros materiales. "Ya contamos con gran parte de la tecnología, pero su implementación plantea todo un desafío", comenta Rotello. "Podemos revestir fibras con teflón, pero el tejido resultante puede ser bastante incómodo y caro. Sin embargo, hay investigadores trabajando en su desarrollo".
Un desafío aún mayor es el que plantea encontrar revestimientos que puedan emplearse en dispositivos médicos e implantes que se colocan en el interior del cuerpo humano y conseguir que sean seguros e inocuos. En su laboratorio, Rotello ha estado trabajando en un tipo diferente de película basada en las proteínas de nuestro suero sanguíneo que evitan la aglutinación de las células sanguíneas. Esta película podría usarse para impedir la adherencia de las bacterias a una superficie. Y como estas películas se basan en proteínas, el proceso no implicaría la introducción de materiales potencialmente tóxicos en el cuerpo. "Los sistemas biológicos como las proteínas y las células emplean patrones aparentemente aleatorios de carga positiva y negativa para limitar las interacciones", sostiene Rotello. "Este mismo elemento de diseño puede ser utilizado por los científicos para crear superficies que dificulten la adhesión de las bacterias".
Sin embargo, es probable que las superficies resistentes a la adherencia por sí mismas no funcionen suficientemente bien como para prevenir del todo las infecciones. "Las bacterias tienen la desagradable capacidad de reproducirse, por lo que si una única bacteria o unas pocas bacterias se adhieren a una superficie, se multiplicarán, lo que puede dar lugar a una infección", afirma Rotello. En implantes médicos, la supervivencia de apenas un par de microbios extraviados en la superficie de una prótesis de rodilla o cadera resistente a las bacterias puede provocar infecciones que causen meses de dolor o incluso la muerte. "Resulta difícil o casi imposible crear superficies que sean absolutamente antiadherentes para las bacterias", asegura Rotello. "Por lo que definitivamente se necesita un plan B centrado en destruirlas".
El truco es encontrar formas de destruir bacterias sin causar daños en los seres humanos. En su laboratorio, Rotello se ha centrado en las principales diferencias entre las células humanas y las bacterias. La superficie de las células bacterianas tiene una carga negativa mucho más densa que la de las células de los mamíferos. Esto tiene sentido desde una perspectiva evolutiva. Las células negativas repelen otras células con carga negativa, y las bacterias proliferan dispersándose, dividiéndose y conquistando, por lo que la homogeneidad de sus cargas las separa. Por otro lado, las células de los mamíferos conviven y, por ello, contienen una mayor combinación de cargas positivas y negativas en sus membranas.
Durante más de 15 años, Rotello ha estado desarrollando soportes de nanopartículas de oro que pueden alojar otras moléculas de su elección. Para combatir las bacterias, ha diseñado una serie de nanopartículas de oro con carga positiva que ejercen una potente fuerza de atracción sobre las bacterias. El soporte tiene forma curva y las moléculas cargadas se encuentran distanciadas de tal forma que cuando atraen una bacteria, tiran y estiran progresivamente la pared celular de la bacteria hasta que esta pared se rompe. "Muchos antibióticos interfieren en la capacidad de una bacteria para formar sus paredes celulares", explica Rotello. "Estas partículas son diferentes. Básicamente, desgarran la pared celular".
Pero no todas las infecciones bacterianas son causadas por células individuales. Algunas de las infecciones más difíciles de tratar implican biopelículas, es decir, colonias de bacterias dentro de una matriz de protección extracelular que les permite burlar los antibióticos. Las biopelículas son altamente resistentes a los antibióticos.
Para vencer las biopelículas, Rotello ha desarrollado el equivalente a un misil teledirigido microscópico que penetra la biopelícula y, una vez dentro, libera una carga que destruye las bacterias. Para esta carga, él aprovecha una adaptación evolutiva de las plantas que emplean aceites naturales para combatir las bacterias. Estos aceites son capaces de penetrar la membrana celular de las bacterias y desgarrarlas a la vez. Pero el aceite no combate las biopelículas por sí mismo. Solo se asienta sobre ellas sin poder alcanzar las bacterias que están dentro de la biopelícula.
Para penetrar el escudo de la biopelícula, Rotello encierra una gota de aceite de menta en un sustrato de nanopartículas de polímero con forma de esponja. La "esponja" cuenta con una carga positiva y una combinación única de forma, densidad y flexibilidad que le permite introducirse gradualmente en una biopelícula, ya que es atraída por la carga negativa de las bacterias en el otro lado. Una vez que la esponja penetra la biopelícula, libera el aceite de menta que destruye las bacterias.
Los planteamientos de Rotello para combatir las infecciones aún se encuentran en las fases iniciales de desarrollo, pero él está convencido de que en pocos años producirán herramientas efectivas para prevenir y combatir las infecciones bacterianas y ofrecerán estrategias complementarias a los antibióticos.
