Estudio de las propiedades biofisicoquimicas superficiales para la optimizaciòn de materiales capaces de inhibir la adhesion bacteriana

Abstract

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.