Investigadores de UCL desarrollan nuevo recubrimiento capaz de matar bacterias

Un grupo de investigadores liderado por la University College London (UCL) desarrolló un nuevo recubrimiento que se activa con luz de baja intensidad para matar bacterias como Staphylococcus aureus y Escherichia coli.

Este recubrimiento podría usarse para cubrir pantallas de teléfonos y teclados, así como el interior de catéteres y tubos de respiración, que son una fuente importante de infecciones asociadas a la atención médica (HCAI, en inglés), de esta manera, se podría detener la propagación de enfermedades.

Las HCAI más conocidos son causados ​​por Clostridioides difficile (C. difficile), Staphylococcus aureus resistente a meticilina (MRSA), así como la Escherichia coli (E. coli) y ocurren, por lo general, durante el tratamiento médico o quirúrgico de pacientes hospitalizados, o al visitar un entorno de atención médica. Estas afecciones representan una amenaza grave para la salud, lo que las ha vuelto una prioridad para el sistema nacional de salud en Inglaterra.

Este recubrimiento podría usarse para cubrir pantallas de teléfonos y teclados, así como el interior de catéteres y tubos de respiración, que son una fuente importante de infecciones asociadas a la atención médica.

Esta investigación, publicada en Nature Communications, es la primera en mostrar un recubrimiento antimicrobiano activado por luz que mata exitosamente bacterias en luz ambiental de baja intensidad (300 lux), como la que se encuentra en salas de espera. Anteriormente, los revestimientos similares necesitaban luz intensa (3.000 lux), como la que se encuentra en los quirófanos, para activar sus propiedades de destrucción.

Cómo se logró el novedoso recubrimiento

El nuevo recubrimiento bactericida está hecho de pequeños racimos de oro químicamente modificado e incrustados en un polímero con cristal violeta (un tinte con propiedades antibacterianas y antifúngicas).

El primer autor, el Dr. Gi Byoung Hwang (Química UCL), explicó que: “Los tintes como el violeta cristalino son candidatos prometedores para matar bacterias y mantener las superficies estériles, ya que se usan ampliamente para desinfectar heridas. Cuando se exponen a la luz brillante, crean especies reactivas de oxígeno, que a su vez matan a las bacterias al dañar sus membranas protectoras y el ADN. Esto se amplifica cuando se combinan con metales como plata, oro y óxido de zinc”.

“Otros recubrimientos han eliminado eficazmente las bacterias, pero solo después de la exposición a la luz UV, que es peligrosa para los humanos, o fuentes de luz muy intensas, que no son muy prácticas. Estamos sorprendidos de ver cuán efectivo es nuestro recubrimiento para matar tanto a S. aureus como a E. coli a la luz ambiental, lo que lo hace prometedor para su uso en una variedad de entornos de atención médica”, añadió el profesor Ivan Parkin (Química UCL), autor principal y Decano de UCL Matemáticas y Ciencias Físicas.

Otros recubrimientos han eliminado eficazmente las bacterias, pero solo después de la exposición a la luz UV, que es peligrosa para los humanos, o fuentes de luz muy intensas, que no son muy prácticas.

El equipo de químicos, ingenieros químicos y microbiólogos creó el recubrimiento bactericida usando un método escalable y probó qué tan bien mató a S. aureus y E. coli contra los recubrimientos de control y bajo diferentes condiciones de iluminación.

Las superficies de muestra se trataron con el recubrimiento bactericida o un recubrimiento de control antes de inocularse con 100,000 unidades formadoras de colonias (UFC) por ml de S. aureus y E. coli. El crecimiento de la bacteria se investigó en condiciones de luz oscura y blanca entre 200 y 429 lux.

De esta forma, descubrieron que a la luz ambiental, una capa de control de cristal violeta en un polímero solo no mataba ninguna bacteria; sin embargo, en las mismas condiciones de iluminación, el recubrimiento bactericida condujo a una reducción de 3.3 log en el crecimiento de S. aureus después de seis horas y una reducción de 2.8 log en el crecimiento de E. coli después de 24 horas.

"El E. coli fue más resistente al recubrimiento bactericida que S. aureus, ya que tardó más en lograr una reducción significativa en el número de bacterias viables en la superficie. Presumiblemente, esto se debe a que el E. coli tiene una pared celular con una estructura de doble membrana, mientras que S. aureus sólo tiene una barrera de membrana”, explicó la coautora del estudio, la Dra. Elaine Allan (Instituto Dental Eastman de UCL).

Se requiere muy poco oro en comparación con recubrimientos similares, lo que hace que este recubrimiento sea atractivo para un uso más amplio.

De forma inesperada, el equipo descubrió que el recubrimiento mata las bacterias al producir peróxido de hidrógeno, un reactivo relativamente suave que se usa en soluciones de limpieza de lentes de contacto. Funciona atacando químicamente la membrana celular y, por lo tanto, le lleva más tiempo trabajar en bacterias con más capas de protección.

“Los racimos de oro en nuestro recubrimiento son clave para generar el peróxido de hidrógeno, a través de la acción de la luz y la humedad. Dado que los racimos contienen solo 25 átomos de oro, se requiere muy poco de este metal precioso en comparación con recubrimientos similares, lo que hace que nuestro recubrimiento sea atractivo para un uso más amplio”, comentó el autor principal, el Profesor Asterios Gavriilidis (Ingeniería Química de UCL).

La investigación fue financiada por el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas de Inglaterra, a través del proyecto Advanced Flow Technology for Healthcare Materials Manufacturing (MAFuMa).