Resumen
Las infecciones microbianas asociadas a biopelículas y el aumento de la resistencia a los antimicrobianos representan un desafío crítico, tanto en entornos clínicos como industriales. En este contexto, esta tesis doctoral, titulada "Desarrollo de materiales híbridos funcionales para aplicaciones antimicrobianas avanzadas", explora nuevas estrategias para la prevención y erradicación de biopelículas, mediante el uso de materiales funcionalizados con compuestos antimicrobianos naturales. El primer capítulo se centra en el desarrollo de superficies de acero inoxidable modificadas con un recubrimiento antimicrobiano basado en vainillina, anclado a una capa intermedia de sílice. Las pruebas realizadas sobre Staphylococcus epidermidis, uno de los principales patógenos responsables de infecciones nosocomiales, demostraron una reducción del 100% en la viabilidad bacteriana y una disminución del 75% en la formación de biopelículas, en comparación con superficies no tratadas. El segundo capítulo presenta un nuevo enfoque para la prevención de infecciones asociadas a implantes, ya que las infecciones postquirúrgicas en ortopedia siguen siendo un grave problema clínico. En este estudio, se funcionalizaron materiales regenerativos basados en fosfato de calcio (CaP) con vainillina (CaP-Vainillina), con el fin de combinar sus propiedades regenerativas, con una acción antimicrobiana prolongada. La letalidad promedio sobre S. epidermidis en biopelícula, cuando se trató con CaP-Vanillin, fue del 98,9% y superior al 99,9% en concentraciones de 50 mg/mL y 100 mg/mL, respectivamente, en comparación con el CaP. Los estudios in vivo en modelos animales confirmaron que el uso de estos biomateriales no interfiere con la osteointegración, lo que los convierte en candidatos prometedores para aplicaciones clínicas. En el tercer capítulo, se abordan las limitaciones asociadas a diversos compuestos naturales mediante la aplicación de la nanotecnología, utilizada como herramienta para mejorar la eficacia y funcionalidad de estos agentes naturales. Este capítulo presenta dos artículos de investigación, que describen el desarrollo de nanodispositivos avanzados. El primer artículo explora una tecnología prometedora para la industria alimentaria, donde la contaminación por biopelículas bacterianas representa un riesgo grave para la seguridad alimentaria y provoca importantes costes económicos. Se diseñó un sistema basado en nanopartículas de tipo Janus, formado por una combinación de nanopartículas de platino con sílice mesoporosa funcionalizada con vainillina. Estos nanosistemas muestran movimiento autónomo en presencia de peróxido de hidrógeno (H¿O¿) y, con ello, una alta capacidad para penetrar biopelículas de Staphylococcus aureus y eliminar eficazmente las células patógenas, abriendo nuevas vías para soluciones de desinfección industrial. El segundo artículo del tercer capítulo investiga una estrategia innovadora basada en la Terapia Fotodinámica Antimicrobiana (aPDT), que aprovecha la acción combinada de fotosensibilizadores y luz a longitudes de onda específicas para generar especies reactivas de oxígeno e inducir la muerte bacteriana. Se diseñó un sistema basado en nanopartículas de sílice mesoporosa cargadas con curcumina y funcionalizadas con polimixina B (actuando como puerta molecular). Los resultados mostraron una reducción significativa en la viabilidad bacteriana y hasta un 99% de inhibición en la formación de biopelículas.
Así, esta tesis doctoral demuestra el potencial de las superficies funcionalizadas, los nanomateriales motorizados y la Terapia Fotodinámica como estrategias avanzadas y eficaces para combatir infecciones por biopelículas y la resistencia antimicrobiana. Las aplicaciones abarcan desde el ámbito biomédico hasta la seguridad alimentaria, proponiendo nuevas soluciones para el control de infecciones y la reducción del uso de antibióticos o biocidas.
Palabras clave
Nanotecnología; Nanomotores; Funcionalización de superficies; Terapia Fotodinámica Antimicrobiana; Vainillina; Curcumina; Acero inoxidable; Hidroxiapatita fosfato de calcio; Materiales de sílice; Partículas mesoporosas; Puerta molecular; Componentes de aceites esenciales; Liberación controlada;
Mesoporous silica, Molecular gate, Controlled release, Antimicrobial; Stainless-steel surfaces; Antimicrobial Photodynamic Therapy ; Nanomotors; Nanodevice; Vanillin; Essential oil components; Hydroxyapatite calcium phosphate; Antimicrobial surface; Biofilm; Surface functionalization.
