Un proceso electroquímico desarrollado en el Instituto Tecnológico de Georgia podría ofrecer nueva protección contra infecciones bacterianas sin contribuir a la creciente resistencia a los antibióticos.

El enfoque aprovecha las propiedades antibacterianas naturales del cobre y crea estructuras increíblemente pequeñas en forma de agujas en la superficie del acero inoxidable para matar bacterias dañinas como E. coli y Staphylococcus. Es conveniente y económico, y podría reducir la necesidad de productos químicos y antibióticos en hospitales, cocinas y otros lugares donde la contaminación de superficies puede provocar enfermedades graves.

También podría salvar vidas: un estudio global sobre infecciones resistentes a los medicamentos encontró que mataron directamente a 1.27 millones de personas en 2019 y contribuyeron a casi 5 millones de otras muertes, convirtiendo estas infecciones en una de las principales causas de muerte para todos los grupos de edad.

a) Fabricación de acero inoxidable nanotexturizado y su modificación con Cu mediante técnicas electroquímicas. b,c) SEM y d,e) AFM, b,d) imágenes de acero inoxidable prístino, y c,e) acero inoxidable nanotexturizado grabado durante 30 s a 8 V.
a) Fabricación de acero inoxidable nanotexturizado y su modificación con Cu mediante técnicas electroquímicas. b,c) SEM y d,e) AFM, b,d) imágenes de acero inoxidable prístino, y c,e) acero inoxidable nanotexturizado grabado durante 30 s a 8 V. Crédito: A. Tripathi et al.

Matar bacterias Gram-positivas sin químicos es comparativamente fácil, pero abordar bacterias Gram-negativas presenta un desafío significativo debido a su membrana celular gruesa y multicapa. Y si estas bacterias persisten en superficies, pueden crecer rápidamente, dijo Anuja Tripathi, la autora principal del estudio y becaria postdoctoral en la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular. Mi objetivo era desarrollar una superficie bactericida sin antibióticos efectiva contra bacterias Gram-negativas y Gram-positivas.

Tripathi y sus colegas, la profesora William R. McLain Julie Champion y los ex estudiantes de doctorado Jaeyoung Park y Thomas Pho, produjeron un doble golpe que supera esos desafíos y no ayuda a las bacterias a desarrollar resistencia a los medicamentos.

El equipo primero desarrolló un método electroquímico para grabar la superficie del acero inoxidable, creando estructuras en forma de agujas de tamaño nanométrico en la superficie que pueden perforar las membranas celulares de las bacterias. Luego, con un segundo proceso electroquímico, los investigadores depositaron iones de cobre en la superficie del acero. El cobre interactúa con las membranas celulares y finalmente las compromete.

Durante el proceso electroquímico de Tripathi, la corriente y un electrolito ácido graban estructuras nanométricas en forma de aguja en la superficie del acero inoxidable. Estas estructuras son capaces de destruir las células bacterianas.
Durante el proceso electroquímico de Tripathi, la corriente y un electrolito ácido graban estructuras nanométricas en forma de aguja en la superficie del acero inoxidable. Estas estructuras son capaces de destruir las células bacterianas. Crédito: Candler Hobbs / Georgia Tech

El acero inoxidable nanotexturizado puede matar tanto bacterias Gram-negativas como Gram-positivas, pero queríamos mejorar la actividad antibacteriana para superficies que pueden estar altamente contaminadas, dijo Tripathi. El recubrimiento de cobre en el acero inoxidable nanotexturizado nos dio una actividad antibacteriana muy alta.

A pesar de las conocidas propiedades antibacterianas del cobre, no se utiliza ampliamente para combatir la contaminación de superficies porque es costoso. El enfoque de Tripathi deposita solo una capa delgada de iones de cobre en el acero inoxidable, por lo que es rentable sin comprometer la actividad antibacteriana del material.

Juntos, los ataques duales resultaron en una reducción del 97% de la E. coli Gram-negativa y una reducción del 99% en las bacterias Gram-positivas Staphylococcus epidermis en el estudio del grupo.

Estas cuatro muestras de acero inoxidable muestran las diferentes etapas del proceso de Tripathi. A la izquierda, una muestra sin modificar en la parte superior y una muestra tras el proceso de grabado electroquímico en la parte inferior. A la derecha, dos muestras tras la deposición de iones de cobre: cuatro minutos para la pieza superior y 15 minutos para la inferior.
Estas cuatro muestras de acero inoxidable muestran las diferentes etapas del proceso de Tripathi. A la izquierda, una muestra sin modificar en la parte superior y una muestra tras el proceso de grabado electroquímico en la parte inferior. A la derecha, dos muestras tras la deposición de iones de cobre: cuatro minutos para la pieza superior y 15 minutos para la inferior. Crédito: Candler Hobbs / Georgia Tech

Tripathi dijo que el acero inoxidable podría usarse para herramientas comunes en entornos médicos que se ensucian fácilmente, como tijeras o pinzas. Podría usarse para manijas de puertas, barandillas de escaleras y quizás incluso fregaderos, lugares donde el acero inoxidable es a menudo el material de elección y las bacterias en superficies son comunes, especialmente en hospitales u otros entornos compartidos.

El proceso que ella y sus colegas desarrollaron también podría ser útil en el servicio de alimentos. Tripathi dijo que el enfoque podría incorporarse bastante fácilmente en los procesos industriales existentes, donde ya se utilizan diferentes métodos de recubrimiento electroquímico para contenedores de almacenamiento de alimentos de acero inoxidable.

Tripathi dijo que el trabajo futuro investigará si el acero inoxidable nanotexturizado y recubierto de cobre es efectivo contra otros tipos de células dañinas para la salud humana. También está interesada en explorar si el acero podría usarse para implantes médicos para ayudar a prevenir infecciones. Dado que demostró ser efectivo contra la problemática E. coli, tiene esperanzas.

Reflexionando sobre un reciente brote de E. coli en tiendas de comestibles en Calgary, Canadá, me impulsé particularmente en mi investigación, reconociendo la urgente relevancia y significancia de combatir bacterias tan resistentes en superficies, dijo Tripathi. Pueden ser difíciles de eliminar. Así que, si podemos eliminar efectivamente la E. coli, tenemos una buena oportunidad de erradicar muchas bacterias en superficies.


Fuentes

College of Engineering (Georgia Institute of Technology) | Anuja Tripathi, Jaeyoung Park, et al., Dual Antibacterial Properties of Copper-Coated Nanotextured Stainless Steel. Small, 2024, 2311546. doi.org/10.1002/smll.202311546


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