Estudio de las propiedades biofisicoquimicas superficiales para la optimizaciòn de materiales capaces de inhibir la adhesion bacteriana
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Fecha
2019Autor
Martin, Maria Laura
Director/a
Giacomelli, Carla Eugenia
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Se define como biomaterial a un material no viable utilizado para
constituir dispositivos médicos, destinados a interactuar con sistemas
biológicos. En la actualidad, las infecciones constituyen la complicación más
severa y frecuente asociada al uso de dispositivos médicos, representando el
mayor desafío que deben enfrentar para lograr una acción terapéutica exitosa.
En particular, Staphylococcus aureus (S. aureus ) es uno de los patógenos
formadores de biofilm más importantes, y por esta razón, se lo considera el
patógeno más prevalente en este tipo de infecciones. Debido a que la adhesión
bacteriana es el primer paso en la patogénesis de las infecciones asociadas al
uso de dispositivos médicos, resulta evidente que inhibiendo este proceso se
reducirá la probabilidad que se desarrolle la colonización bacteriana y, de este
modo, se puede prevenir el establecimiento de estas patologías.
Este trabajo de Tesis Doctoral, tiene como objetivo general contribuir a la
profilaxis de infecciones asociadas al uso de dispositivos biomédicos mediante
una estrategia de biofuncionalización superficial con proteínas plasmáticas.
En particular, se plantea una estrategia de biofuncionalización con albúmina
(ALB) y fibrinógeno (FBG) capaz de inhibir la adhesión de S. aureus sobre
superficies modelo de biomateriales, desde su estadio inicial hasta la
formación del biofilm. Para abordar este objetivo, el trabajo desarrollado se
estructura en tres partes, tal como se describe a continuación.
La Parte 1 aborda el proceso de adsorción-desorción de ALB y FBG en
condiciones cinéticas controladas, para optimizar las condiciones de
biofuncionalización capaces de minimizar la adhesión bacteriana. El estudio
del proceso de adsorción-desorción de ALB se efectúa mediante un diseño
factorial de experimentos, mientras que el de FBG se realiza con el ajuste de
los resultados con un modelo teórico del proceso de adsorción-desorción. La
relajación superficial de las proteínas adsorbidas, que surgen como
consecuencia de la optimización de la interacción proteína-superficie, inhibe
la adhesión de bacterias vivas. De esta forma, el estado relajado de las
moléculas adsorbidas de ALB o FBG, asociado a cambios estructurales en las
proteínas logra inhibir la adhesión de S. aureus en su etapa inicial y en la
formación del biofilm.
Los resultados de la Parte 1 permiten desarrollar una estrategia de
biofuncionalización superficial en la Parte 2, en la cual la estructura de las
proteínas juega un rol fundamental. Para mimetizar el cambio estructural
inducido por la superficie en condiciones cinéticas controladas, la estrategia
incluye un tratamiento térmico de las soluciones de ALB o FBG, de forma
previa a la biofuncionalización superficial. Este tratamiento provoca la
desnaturalización parcial de las proteínas nativas. Así, la estrategia de
biofuncionalización desarrollada es sencilla y consiste en la inmersión de las
superficies en las soluciones de proteína de estructura parcialmente
desnaturalizada. La biofuncionalización con ALB o FBG logra inhibir la
adhesión inicial y la formación del biofilm de S. aureus . Además, la
biofuncionalización con ALB mantiene su capacidad para inhibir la formación
del biofilm incluso en medios de relevancia fisiológica, suplementados con
suero.
El empleo de proteínas parcialmente desnaturalizadas en la
biofuncionalización superficial de biomateriales podría inducir la activación
del sistema inmune. En la Parte 3 se descarta la capacidad de activar la
respuesta inmune innata por parte de las superficies biofuncionalizadas con
proteínas parcialmente desnaturalizadas, mediante el estudio de la activación
de macrófagos.
En conclusión, esta Tesis Doctoral plantea una estrategia novedosa y
simple desde la Fisicoquímica, que permite sentar las bases para el diseño y
desarrollo de biomateriales que se encuentran en contacto con fluidos
biológicos para prevenir el establecimiento de infecciones bacterianas.
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