Un equipo de investigación de las universidades de Huelva y de Sevilla y del Hospital Universitario Virgen Macarena ha utilizado nanotubos de carbono para la administración de antibióticos. Estas estructuras, un millón de veces más finas que un cabello, actúan de manera más precisa en el foco de la infección y aumentan la duración del efecto. Su puesta en marcha supondría, además, un avance contra la resistencia bacteriana, al facilitar una entrega más eficiente del principio activo.
Cefepime y Meropenem son dos antibióticos de la familia de la penicilina utilizados en infecciones bacterianas de cierta gravedad como neumonías, meningitis o septicemia. Deben administrarse por vía intravenosa y su acción dura entre 1 y 2 horas en el flujo sanguíneo. Esto provoca que tengan que dosificarse frecuentemente y, por tanto, que las bacterias adquieran resistencia con rapidez.
Los expertos proponen una aplicación diferente de estos fármacos con la que se logra que la dosis actúe más eficazmente durante 24 horas logrando así un mayor rendimiento y una reducción en la frecuencia de administración.
En el trabajo, financiado por la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación, Fondos FEDER y el Proyecto PAIDI P20-01234, está recogido en el artículo Influence of carbon nanotubes on the antimicrobial character of the β-lactam antibiotics Cefepime and Meropenem de la revista Journal of Drug Delivery Science and Technology, los investigadores definen sus ensayos con líneas celulares animales y humanas y cómo el uso de nanotubos contribuye a que la infección se reduzca con mayor rapidez.
El proceso conocido como adsorción física permite unir el antibiótico a la superficie del nanotubo sin modificar químicamente el medicamento. Estas estructuras están compuestas por átomos de carbono organizados de manera parecida a un panal que se enrolla formando un cilindro. “Gracias a su tamaño diminuto, resistencia y ligereza, estos nanotubos pueden usarse como pequeños contenedores para transportar medicamentos dentro del cuerpo y liberarlos poco a poco en el lugar donde se necesitan”, indica a la Fundación Descubre, organismo dependiente de la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación, el investigador de la Universidad de Huelva Manuel López, autor del artículo.
De esta manera, comprobaron que al incorporar los antibióticos en nanotubos de carbono mediante adsorción física, se logran mejoras significativas en su desempeño. En primer lugar, se redujo la concentración mínima inhibitoria (MIC); es decir, fue necesario emplear menos cantidad de medicamento para frenar el crecimiento bacteriano. Además, se prolongó el efecto terapéutico, ya que el fármaco permaneció activo durante más tiempo en el organismo gracias a una administración más controlada. Esta distribución sostenida permite mantener niveles constantes del medicamento, lo que no solo mejora su eficacia, sino que también disminuye la frecuencia de las dosis y reduce el riesgo de generar resistencia bacteriana
Miembros del equipo de investigación en la fachada de la Facultad de Química de la Universidad de Sevilla.
Un taxi contra la infección
Los científicos confirmaron que estos dos antibióticos, Cefepime y Meropenem, podían utilizar nanotubos de carbono como ayuda, ya que tienen la capacidad de atraer y sujetar a otras moléculas como si fueran pequeños imanes. Para ello, los mezclaron en una solución líquida. De esta manera, el antibiótico se pega a la superficie de los nanotubos sin necesidad de usar químicos adicionales ni hacer cambios en su estructura.
Una vez preparada esta mezcla, los investigadores la probaron en el laboratorio contra bacterias resistentes; es decir, aquellas que ya no responden fácilmente a los antibióticos comunes. Así, confirmaron que el antibiótico, al ir “montado” en los nanotubos, funcionaba mejor. Como un taxi, lleva el medicamento al lugar indicado por una vía más rápida. Para ello, midieron qué cantidad de medicamento se necesitaba para detener a las bacterias y cuánto tiempo duraba su efecto.
Tras los distintos ensayos, los científicos confirmaron que tanto Meropenem como Cefepime se cargan en más de un 90 % sobre los nanotubos de carbono cuando se alcanza una concentración de 2 gramos por litro de disolución, lo que confirma la alta capacidad de estos nanomateriales para actuar como vehículos de fármacos sin necesidad de procesos químicos complejos.
Además de las distintas pruebas con las cantidades de medicamento, ensayaron con diferentes tipos de nanotubos. Concretamente, con los llamados de pared simple, una sola lámina de átomos de carbono dispuestos en una estructura hexagonal, y con los de pared múltiple, en los que varias capas concéntricas de nanotubos de pared simple se apilan una dentro de otra. Estas últimas fueron más efectivas con Cefepime.
Aunque los resultados confirman su aplicación médica, los expertos deben continuar sus investigaciones más allá de las líneas celulares para evaluar la citotoxicidad y la capacidad de los nanotubos para entregar antibióticos sin dañar células sanas. En esta línea, profundizan en la longitud que deben tener, ya que cuanto más pequeños sean, menor es el riesgo de que se acumulen y puedan producir efectos adversos. Estos avances buscan mejorar la seguridad y eficacia de estos sistemas para la administración de medicamentos. Además, siguen trabajando con nuevos transportadores que permitan la dosificación de fármacos, tanto de antibióticos como de otro tipo de medicamentos.
