No solo protegen la zona dañada y absorben los exudados, sino que incorporan un agente biocida que se libera en mayor medida de existir una contaminación bacteriana. Son económicos y fáciles de manipular, y están compuestos por materiales biocompatibles y biodegradables. Para ello se usó queratina, de bajo costo y alta disponibilidad, que puede obtenerse de desechos ganaderos y avícolas, como pelos, lana, pezuñas, cuernos y plumas.

Los apósitos constituyen el tratamiento más utilizado para curar heridas crónicas, por ejemplo, escaras y úlceras diabéticas, ya que crean una barrera que las aísla del medio ambiente, protegiéndola de traumatismos y la contaminación microbiana. Históricamente, el tratamiento de las heridas ha evolucionado. Inicialmente solo se buscaba cubrir la herida para proteger la zona y absorber los exudados. En la actualidad se utilizan diferentes tipos de apósitos destinados a mantener la humedad, evitar la infección y favorecer la cicatrización. Existen muchos tipos de apósitos (fibras, esponjas, membranas) y pueden producirse a partir de materiales sintéticos o naturales.

Los apósitos permiten aislar, proteger y optimizar el proceso de cicatrización dado que brindan un ambiente óptimo necesario que preserve los principios fisiológicos básicos de humedad, calor, oxigenación y circulación sanguínea. Sin embargo, las heridas o úlceras que podemos encontrarnos son de muy variadas características: húmedas, secas, infectadas, no infectadas, necróticas, sucias, limpias, etcétera. Por ello, lo ideal es la adaptación del tipo de apósito a las características de la úlcera o herida. Un tipo de apósito que se utiliza especialmente en úlceras por presión con exudado mínimo o moderado y úlceras varicosas son los hidrogeles. Estos pueden hincharse en medio líquido y mantener un ambiente húmedo, evitando así la deshidratación de la herida. Esto provee condiciones óptimas para reducir el dolor, promover la movilidad celular y mantener la hidratación y estructura tisular. Para evitar la contaminación bacteriana, en numerosos casos se han incorporado agentes antibacterianos para prevenir y/o tratar la infección.

Dentro de los materiales que pueden utilizarse para la obtención de hidrogeles se encuentra la queratina, que es de bajo costo y alta disponibilidad, ya que puede obtenerse a partir de materiales residuales de la industria ganadera y avícola, tales como pelo, lana, pezuñas, cuernos, plumas, etc. Debido a las características del material pueden obtenerse estructuras porosas tipo esponja o películas flexibles.

La incorporación de materiales nanoparticulados (su tamaño es menor a 100 nm) en diferentes matrices ha atraído la atención por haber demostrado la capacidad de reforzar la estructura de biomateriales y de adicionar otras características como un mayor poder antimicrobiano que si se incorpora el mismo material de dimensiones macroscópicas. Las nanopartículas de óxido de zinc (nZnO) poseen una buena actividad antibacteriana y actualmente se utilizan en muchos productos cosméticos. Se ha demostrado que las nZnO poseen una potente actividad antibacteriana y no generan efectos adversos en células eucariotas. Es más, los iones de zinc liberados desde las nanopartículas promueven la migración de queratinocitos hacia la herida, favoreciendo así su sanación.

Los materiales inteligentes son aquellos que poseen una o más propiedades que pueden ser modificadas significativamente de manera controlada por un estímulo externo. El desarrollo de este tipo de materiales representa la base para el desarrollo de nuevas tecnologías, en el futuro serán estos los que se utilizarán como materia prima. Un tipo de material inteligente son aquellos sensibles al cambio de pH, que pueden ser utilizados en numerosos campos como ser terapia génica y manipulación celular.

Actualmente, el mal uso (y abuso) de los antibióticos ha generado resistencia a ellos en muchísimas bacterias. Por esta razón es deseable que el agente biocida solo se libere de ser necesario. En un trabajo llevado a cabo por nuestro grupo, tomamos en cuenta esa problemática y desarrollamos un hidrogel antimicrobiano inteligente para su potencial uso como apósito, en los cuales el agente biocida se libera en mayor medida de existir una contaminación bacteriana. El pH de una herida crónica es básico debido a los productos del metabolismo bacteriano y, a medida que la herida sana, se vuelve cada vez más ácido. De esta forma, cuando la contaminación bacteriana sea baja, el pH del medio será más bajo con lo que la hinchazón del gel, el tamaño del poro y la liberación de las nanopartículas serán menores. Con el cambio de pH que ocurre como consecuencia de la contaminación bacteriana, el apósito de hidrogel de queratina se hinchará, aumentará el tamaño del poro y la liberación del agente biocida nanoparticulado ocurrirá en mayor medida.

El producto obtenido posee buena resistencia mecánica y es maleable. Además, posee una buena actividad antimicrobiana y la liberación del agente antimicrobiano ocurre efectivamente en mayor medida a pHs más básicos. Al evaluar la toxicidad en células, se comprobó que no es tóxico en las condiciones ensayadas.

En este trabajo también se buscó desarrollar técnicas y utilizar materias primas que signifiquen un avance, no sólo en lo referente a lo tecnológico y sanitario, sino también en cuanto a la protección del medio ambiente. Por esto, como material de base para la preparación de los hidrogeles, se eligió queratina, una proteína biodegradable, biocompatible y que además es un producto de desecho de la industria ganadera. Como agente biocida se utilizaron nanopartículas de óxido zinc. Para garantizar que su producción provoque el menor impacto posible al medio ambiente, se eligió una ruta de síntesis “verde”. Las nanopartículas se obtuvieron en medio acuoso. De esta forma también se previene una posible mayor toxicidad --tanto para el usuario del producto como para los operarios-- que podría ocurrir al utilizar solventes no acuosos. Es más, dado que en la actualidad se sostiene que la forma más segura de manipulación de las nanopartículas es en suspensión, al evitar que estas deban ser secadas, se generara un beneficio extra para contribuir a la seguridad de los operarios.

La producción de este producto será de forma sustentable a partir de un desecho de la industria ganadera, garantizando una buena biocompatibilidad y baja toxicidad. Cabe señalar que actualmente está creciendo un nuevo mercado formado por productos sustentables, cuyo uso no genera perjuicios en el medio ambiente.

Esquema del comportamiento de los geles en medio ácido ( sin contaminación microbiana) y en medio básico (con contaminación bacteriana.

Imagen de microscopia electrónica de barrido de las nanopartículas de ZnO

Hidrogeles de queratina luego de 24h en agar a pH 4(ácido) y pH 8 (básico)

Guillermo Copello, María Emilia Villanueva, Gabriel Tovar, Viviana Campo Dall´Orto y Jonás Pérez Bravo

Guillermo Copello y Viviana Campo Dall´Orto son los directores de trabajo de María E. Villanueva

María Emilia Villanueva es farmacéutica y doctora en Bioquímica por la UBA. Jefa de trabajos prácticos de Química Analítica Instrumental y miembro del Instituto de Química y Metabolismo del Fármaco (IQUIMEFA, CONICET-UBA).

Por este desarrollo Villanueva obtuvo la Beca L´Óreal "Por las mujeres en la ciencia", en noviembre de 2016.