Un equipo internacional liderado por el Instituto de Investigaciones Químicas (centro mixto del CSIC y la Universidad de Sevilla) ha desarrollado nanopartículas antibacterianas capaces de eliminar la bacteria Staphylococcus aureus, uno de los microorganismos más asociados a infecciones hospitalarias y a casos de creciente resistencia a los antibióticos.
Los resultados, publicados en la revista científica Inorganic Chemistry, abren nuevas vías para diseñar estrategias antimicrobianas alternativas a los antibióticos tradicionales y refuerzan el potencial de la nanomedicina frente a bacterias resistentes.
Una nueva estrategia contra bacterias resistentes basada en nanopartículas de rutenio
La innovación principal del trabajo reside en la combinación de dos componentes que, por separado, no presentan actividad antibacteriana. Por una parte, los investigadores emplearon nanopartículas de rutenio, un metal ampliamente utilizado en química y catálisis por su capacidad para acelerar reacciones químicas. Por otra, incorporaron una molécula orgánica derivada del uracilo, uno de los compuestos presentes en el material genético de los seres vivos.
Cuando ambos elementos se integran en una única estructura nanométrica, adquieren capacidad para destruir bacterias.
Tal y como recoge el trabajo científico, esta combinación genera un efecto sinérgico, en el que metal y biomolécula cooperan para lograr actividad antimicrobiana.
“Nuestro objetivo era diseñar un agente antimicrobiano que fuese activo frente a bacterias problemáticas, pero al mismo tiempo selectivo y con baja toxicidad”, explica a la Fundación Descubre Luis Miguel Martínez, investigador del Instituto de Investigaciones Químicas.
Cómo se fabrican estas nanopartículas antimicrobianas en un solo paso
Los científicos diseñaron un procedimiento sencillo para sintetizar estas nanopartículas en un único proceso. Para ello combinaron un precursor de rutenio —compuesto de partida necesario para formar las nanopartículas— con una molécula orgánica derivada del uracilo. Esta biomolécula actúa como estabilizador y controlador del tamaño de las partículas.
De forma similar a una receta, este compuesto orgánico guía la agrupación del metal en estructuras muy pequeñas y evita la formación de grandes bloques, manteniendo separadas las nanopartículas y mejorando su estabilidad.
Además, el sistema permite producirlas de manera más eficiente, a baja temperatura y reduciendo residuos innecesarios, ya que todo el proceso se realiza en un mismo reactor.
Microscopía avanzada para analizar la estructura de las nanopartículas
Una vez obtenidas, las nanopartículas fueron analizadas mediante técnicas de microscopía electrónica de alta resolución, lo que permitió confirmar su tamaño nanométrico y organización estructural.
“Empleamos un microscopio electrónico muy potente para observar cómo se disponen los átomos en su interior y su estructura cristalina. Este orden interno, similar al de un panal de abejas, hace que las partículas se mantengan unidas y sean eficaces”, indica Luis Miguel Martínez.
El equipo también realizó cálculos teóricos mediante herramientas de computación avanzada para comprobar cómo se acopla la molécula orgánica a la superficie metálica, un paso clave para entender el mecanismo de acción.
Actividad selectiva frente a Staphylococcus aureus
Para comprobar su eficacia, los investigadores compararon distintos materiales: el derivado del uracilo por separado, complejos similares de rutenio, nanopartículas sin biomolécula y otras partículas de mayor tamaño. Los ensayos demostraron que únicamente las nanopartículas más pequeñas recubiertas con el derivado del uracilo mostraban actividad antibacteriana.
Además, observaron un comportamiento especialmente relevante: las partículas actuaban de forma selectiva frente a Staphylococcus aureus, sin mostrar actividad contra otras bacterias. Esta selectividad es especialmente importante en el desarrollo de nuevos antimicrobianos, ya que reduce el riesgo de afectar de forma indiscriminada a otros microorganismos beneficiosos y podría disminuir la aparición de nuevas resistencias.
“Por ello, diseñar compuestos capaces de actuar de forma selectiva es una de las estrategias que se están explorando para desarrollar nuevos tratamientos”, añade Martínez.
Próximo objetivo: nuevos materiales biomiméticos contra infecciones difíciles
Los próximos pasos del grupo pasan por estudiar nuevas combinaciones de nanopartículas metálicas y biomoléculas orgánicas para generar materiales con aplicaciones biomédicas.
El objetivo es desarrollar sistemas biomiméticos con potencial no solo antimicrobiano, sino también antifúngico y anticancerígeno, ampliando las aplicaciones futuras de esta tecnología en medicina.
