Nueva forma desarrollado para combatir la formación de biopelículas bacterianas usando titanio incrustado con nanopartículas de oro

A las bacterias les gusta colonizar superficies dentro del cuerpo humano, pero tienen dificultades para conseguir pasar más allá de la barrera de la piel. La cirugía para 1implantar dispositivos médicos a menudo proporciona a tales bacterias la oportunidad de poder entrar en la cavidad del cuerpo, permitiendo que los propios implantes actúen como una superficie ideal de crecimiento para biopelículas con microorganismos integrados que ponen en situación de riesgo a la cirugía. El diseño de implantes que pueden matar a las bacterias, a la vez que apoyan  al crecimiento óseo, es una forma eficiente para mejorar la osteointegración en vivo.

Un grupo de investigadores del Instituto de Shanghai de la Cerámica de la Academia de Ciencias de China, liderado por X. Liu,  están buscando combatir estas infecciones subdérmicas mediante la mejora de los implantes de cadera o rodilla de una manera ya usada en la antigüedad: la adición de oro. En la revista Applied Physics Letters, de AIP Publishing, describen los resultados de las pruebas con un nuevo material antibacteriano que han desarrollado basándose ​​en nanopartículas de oro.

El dióxido de titanio es capaz de matar las bacterias en sí debido a sus propiedades como un fotocatalizador. Cuando el metal está expuesto a la luz, es excitado energéticamente por los fotones absorbentes. Esto genera pares electrón-hueco, volviendo el óxido de titanio en un aceptor de electrones potente que puede desestabilizar los procesos de membranas celulares bacterianas usurpando el aceptor terminal de su cadena de transporte de electrones. La membrana se desestabiliza gradualmente por este robo, haciendo que el contenido de la célula se escape hacia fuera hasta que muere.

2Sin embargo, las condiciones de oscuridad en el interior del cuerpo humano limitan la eficacia mortal del dióxido de titanio sobre las bacterias, pero las nanopartículas de oro, bajo obscuridad, pueden seguir actuando como receptores de electrones terminales antibacterianos, debido a un fenómeno conocido como resonancia superficial localizada de plasmón. Los plasmones de superficie son oscilaciones colectivas de los electrones que se producen en la interfase entre los conductores y dieléctricos, como entre el oro y dióxido de titanio. Estas oscilaciones de electrones excitan las nanopartículas de oro  y pasan los electrones a la superficie de dióxido de titanio, permitiendo así que las partículas se vuelven aceptores de electrones.

3El equipo de trabajo de Liu anodizó titanio electroquímicamente para formar conjuntos de nanotubos de dióxido de titanio (TiO2), y luego depositó las matrices con nanopartículas de oro en un proceso específico. Después, los investigadores hicieron crecer por separado Staphylococcus aureus y Escherichia coli en las matrices (arrays) y ambos microorganismos mostraron daño de la membrana celular y escape profuso del contenido celular.

Las nanopartículas de plata se han explorado previamente como un agente antibacteriano para trasplantes in vivo, pero causan efectos secundarios significativos,  como citotoxicidad y daño de órganos; sin embargo, el oro es mucho más estable químicamente, y por lo tanto más biocompatible.

Estos hallazgos, indica uno de los autores, podrían abrir nuevas perspectivas para el mejor diseño de aplicaciones basadas en nanopartículas antibacterianas de metales nobles.

Artículo original:

Jinhua Li, et al. Plasmonic gold nanoparticles modified titania nanotubes for antibacterial application. Applied Physics Letters 2014. July 1.

DOI: 10.1063/1.4885401