Biotecnología roja
La contaminación de dispositivos médicos causada por patógenos microbianos como bacterias y hongos ha supuesto una grave amenaza para la salud de los pacientes en los hospitales. Debido a la creciente resistencia de los patógenos a los antibióticos, la eficacia del tratamiento tradicional con antibióticos está disminuyendo gradualmente para el tratamiento de la infección. Por lo tanto, es urgente desarrollar nuevos fármacos antibacterianos para satisfacer las necesidades clínicas o civiles. Los polímeros antibacterianos han atraído el interés de los investigadores debido a su mecanismo bactericida único y su excelente efecto antibacteriano. Este artículo repasa el mecanismo y las ventajas de los polímeros antimicrobianos y las consideraciones para su traducción. También se revisan sus aplicaciones y avances en el recubrimiento de superficies de dispositivos médicos. La información proporcionará una valiosa referencia para diseñar y desarrollar dispositivos antibacterianos resistentes a las infecciones patógenas.
Por otra parte, siempre hay biomoléculas como bacterias, células, proteínas y polisacáridos, etc., adheridas a las superficies de los dispositivos, ya que las superficies de éstos les proporcionan beneficios comensales. Estas sustancias biológicas formarán una biopelícula en la superficie del dispositivo que protege a las bacterias de ser eliminadas. Por lo general, el biofilm es 100-1000 veces más resistente que las bacterias planctónicas (Mishra et al., 2015). La resistencia a los antibióticos es ahora una de las principales amenazas para la salud humana, ya que los pacientes tienen que tomar más cantidades de medicamentos para hacer frente a la infección. La aparición de bacterias multirresistentes que contaminan los equipos y dispositivos médicos ha hecho que los pacientes corran un riesgo considerable de infectarse repetidamente, lo cual es perjudicial e incluso letal (Orapiriyakul et al., 2018).
Biotecnología verde
Polímeros naturalesLos polímeros naturales se encuentran abundantemente en la naturaleza en forma de biopolímeros y materia seca de las plantas, como se muestra en la Tabla 2 (Leschine 1995). La constitución de la pared celular de las plantas difiere con la composición de la biomasa lignocelulósica (celulosa, hemicelulosa y lignina), que proporciona resistencia (Premraj y Doble 2005). Las lignocelulosas desempeñan un papel fundamental en el desarrollo de la biomasa vegetal, en la que la celulosa, la hemicelulosa y la lignina son los principales bloques de construcción del polímero natural (Pérez et al. 2002).Tabla 2 Tipos de polímeros de base biológica (Babul et al. 2013; Averous y Pollet 2012)Tabla de tamaño completo
Fig. 1Distribución porcentual de las ventas de polímeros sintéticos (PP polipropileno, HDPE polietileno de alta densidad, PVC cloruro de polivinilo, LLDPE polietileno lineal de baja densidad, LDPE polietileno de baja densidad, PS poliestireno, termoplásticos y otros) en Norteamérica en 2004 (Zheng y Yanful 2005)Imagen a tamaño completo
Normas para la degradación de polímerosLa literatura y la información sobre productos biodegradables están organizadas por el gobierno estadounidense, con la ayuda del Instituto de Productos Biodegradables (BPI). El BPI es una organización que se ocupa del mundo académico, la industria y los organismos gubernamentales que fomentan el reciclaje de materiales poliméricos (biodegradables). La producción del polímero biodegradable implica la adición de almidón y extracto de fibra vegetal. BPI proporciona materia a la ASTM (Sociedad Americana de Pruebas y Materiales) para el montaje de las normas ASTM (ASTM D6400, D6866). Estas son las principales bases de datos de degradación utilizadas para supervisar la industria. El logotipo del producto compostable fue introducido por el USCC (US Composting Council) y el BPI, mostrado en la Fig. 2 (Kolybaba et al. 2003; http://www2.congreso.gob.pe/sicr/cendocbib/con2_uibd.nsf/4EF8A31F2BF5D3480525772A0053CD80/$FILE/Ensayo_biodegradables_pl%C3%A1sticos_by.pdf).Fig. 2Símbolo que representa los polímeros compostables de grado biodegradable (http://www2.congreso.gob.pe/sicr/cendocbib/con2_uibd.nsf/4EF8A31F2BF5D3480525772A0053CD80/$FILE/Ensayo_biodegradables_pl%C3%A1sticos_by.pdf)Imagen a tamaño completo
Biotecnología blanca
Los polímeros basados en el ácido poliláctico (PLA) son omnipresentes en el campo biomédico gracias a su combinación de atractivas peculiaridades: biocompatibilidad (los productos de degradación no provocan respuestas críticas y son fácilmente metabolizados por el organismo), degradación hidrolítica in situ, propiedades adaptables y tecnologías de procesamiento bien establecidas. Esto ha llevado al desarrollo de varias aplicaciones, como los tornillos de fijación ósea, los hilos de sutura biorreabsorbibles y el recubrimiento de stents, por nombrar sólo algunas. La nanomedicina tampoco podía ser ajena a los materiales basados en PLA, donde su uso para la síntesis de nanotransportadores para la administración dirigida de fármacos hidrofóbicos surgió como una nueva y prometedora aplicación. El objetivo de la presente revisión es doble: por un lado, pretende ofrecer una amplia visión de los materiales basados en PLA y sus propiedades, que les permiten adquirir un papel destacado en el campo biomédico; por otro lado, ofrece un enfoque específico sobre su reciente uso en nanomedicina, destacando las oportunidades y perspectivas.
Ejemplos de polímeros biológicos
(a)Secado por pulverizaciónPara la encapsulación de ingredientes alimentarios, el secado por pulverización es el método más común. Las microcápsulas de gelatina son buenos portadores de ingredientes alimentarios debido a sus propiedades emulsionantes. En el caso de los ingredientes alimentarios lipofílicos, éstos suelen emulsionarse antes de ser encapsulados. Es la más adecuada para la microencapsulación en el proceso de secado por pulverización debido a sus propiedades de formación de película [86, 87].En la microencapsulación por secado por pulverización (Figura 24), la gelatina se utiliza con compuestos de hidrocarburos [88], y la sacarosa se utiliza como plastificante, lo que se cree que promueve la formación de microcápsulas esféricas y de superficie lisa [89].
(b)GelificaciónFigura 24 Representación esquemática del proceso de microencapsulación por secado por aspersión [90].Las propiedades de gelificación de la gelatina hacen que este polímero sea el más utilizado en la microencapsulación. Los geles de gelatina muestran una alta permeabilidad y se disuelven en condiciones de calor, por lo que son diferentes enfoques para la encapsulación de ingredientes alimentarios. Hay otras dos formas de utilizar el gel de gelatina. Una que incorpora materiales principales en la solución de gelatina e induce la gelificación y el entrecruzamiento del gel [91-94] o, alternativamente, preparar microesferas de gelatina y luego cargarlas con ingredientes alimentarios. En la preparación de microesferas de gelatina, es necesario utilizar la separación de fases inducida por la gelatina [95, 96]. Iwanaga et al. prepararon microesferas de gelatina utilizando la técnica de emulsión agua-en-agua (w/w), y los resultados mostraron que las microesferas de gelatina podían cargarse con ingredientes por difusión [95, 97-99].