Anales RANF

“Small Pharmacy: Approach to the world of nanomaterials in their pharmaceutical applications” @Real Academia Nacional de Farmacia. Spain 302 implicaciones socio-económicas, debido a que el número de prótesis implantadas es muy alto. Nuestro compromiso como investigadores es dar soluciones a dichos problemas ya que nuestra sociedad demanda vivir más y mejor. Cuando se diagnostica infección en una prótesis, el tratamiento consiste en someter al paciente a una administración sistémica de antibióticos, muchas veces con largas estancias hospitalarias. En la mayoría de los casos es necesario, además, la realización de nuevas cirugías e, incluso en ocasiones, el reemplazo completo de la prótesis mediante una nueva intervención quirúrgica. En el peor de los escenarios se necesitará la amputación de la extremidad afectada e, incluso, en el 7 % de los casos de infección se produce la muerte del paciente (4). Los microorganismos causantes de estas infecciones son las bacterias y la dificultad de su tratamiento radica en su facilidad para evadirse de los antibióticos y del propio sistema inmune del paciente (4,5). Un mecanismo de defensa de las bacterias consiste en la formación del denominado biofilm. Cuando las bacterias llegan a la superficie de un implante se adhieren, se multiplican y forman colonias que se van recubriendo de una película protectora que es impenetrable a los antibióticos y al sistema inmune y constituye el biofilm. Otro mecanismo de defensa consiste en que las propias bacterias fortalecen sus paredes haciéndose más fuertes a los antibióticos (5). Todo esto constituye un problema de gran importancia en el momento actual puesto que si no podemos utilizar antibióticos, no podremos tratar las infecciones, y la medicina actual dejaría de ser posible. De hecho, la Organización Mundial de la Salud (OMS) advierte de una “era postantibiótica” en la que los antibióticos serán ineficaces y donde la muerte producida por las resistencias bacterianas superará con creces al cáncer en el año 2050 (6,7). La nanotecnología ha irrumpido con mucho éxito en el tratamiento de diversas enfermedades con el desarrollo de la denominada nanomedicina. Esta nueva disciplina permite: (i) un transporte selectivo en lugar de destino, (ii) una liberación controlada, (iii) una mejora de la eficacia de los fármacos albergados, (iv) una reducción de la dosis efectiva y de los efectos secundarios y (v) una alta seguridad y biocompatibilidad (8-10). En este sentido, la nanomedicina se nutre del empleo de nanomateriales para el diagnóstico y detección de ciertas enfermedades entre las que destaca el cáncer. Como ya se ha comentado, el término nanomaterial se define como un material con cualquier dimensión externa en la nanoescala (su tamaño oscila entre 1 y 100 nm) o con una estructura interna o superficie en la nanoescala. En la nanoescala nos encontramos con anticuerpos, moléculas, proteínas, virus que junto con nanomateriales como liposomas, dendrímeros, nanocápsulas de oro, puntos quánticos, nanopartículas metálicas, fullerenos y nanopartículas mesoporosas de sílice comparten la misma dimensión. Los nanomateriales tienen una relación de área de la superficie/volumen muy elevada. Por ejemplo, si tenemos un cubo de 1 cm de arista, su área es de 6 cm 2 con un volumen de 1 cm 3 . Si ahora este cubo lo dividimos en cubos más de pequeños de 0.5 cm y 0.25 cm, el área se duplica y cuadriplica ocupando el mismo volumen. Pero ¿qué pasaría si ahora lo dividimos en cubitos de 1 nm de arista? En este caso, la superficie de incrementa hasta 60.000.000 cm 2 . Por lo tanto, el área superficial en los nanomateriales es muy grande, por lo que las propiedades de superficie se ven incrementadas y por tanto necesitamos menos cantidad de producto para obtener un mismo efecto. Nuestro objetivo de hoy es el tratamiento de la infección mediante el uso de nanomateriales. Este trabajo se realiza en el grupo de investigación de la Prof. Vallet- Regí en la Universidad Complutense de Madrid. En este sentido, estamos abordando dos vertientes, que son: (i) Prevenir y (ii) curar la infección. En el caso de la de prevenir. Parece lógico pensar que si nosotros inhibimos las primeras etapas del proceso de formación del biofilm, este no se formará. Para ello preparamos las superficies de los implantes metálicos con el fin de que sean antiadherentes a las bacterias mediante el diseño de superficies nanoestructuradas. Para curar la infección, nos vamos a centrar en dos estrategias. Una es el diseño de andamios macroporosos 3D con acción antimicrobiana y reparadora y otra es la fabricación de nanotransportadores que van a atacar directamente al biofilm y/o a las bacterias (11). 3. PREVENCIÓN DE LA INFECCIÓN EN IMPLANTES METÁLICOS En este apartado nosotros queremos reducir el riesgo de infección con nanoestructuras. Para ello nos “bioinspiramos” en la naturaleza y observamos que las alas de las cigarras están libres de bacterias, incluso cuando estas están en ambientes muy contaminados (12). Esto es debido a que las alas, cuando las observamos por microscopia de transmisión, son nanoestructuradas y están formadas por nanocolumnas. Estas nanoestructuras provocan un comportamiento muy hidrofóbico en la superficie (superficies superhidrofóbicas) que le confiere la capacidad de repeler las bacterias (superficies antibacterianas). En nuestro caso hemos querido imitar este tipo de nanoestructuras sobre la superficie de implantes metálicos. En este caso particular hemos utilizado la aleación de Ti6Al4V, ampliamente utilizada en clínica para prótesis de cadera. Para ello hemos fabricado superficies nanoestructuradas sobre estos implantes mediante una técnica sostenible (pulverización por magnetrón), sin utilizar químicos y con baja energía. El resultado es que sobre estos implantes metálicos se ha depositado una capa formada por nanocolumnas de titanio muy similar a las alas de la cigarra. Estas nanocolumnas le confieren al implante un carácter más hidrofóbico en comparación con el metal desnudo (13,14). Con el fin de determinar su capacidad para inhibir las bacterias, se han realizado estudios de adherencia bacteriana con una cepa comercial