Nanomateriales
Efecto De Nanoestructuras De Plata Sobre Células Procariotas Y Eucariotas
Las nanoestructuras son elementos con un tamaño menor de 100 nm que se pueden utilizar en diversos campos, como es el caso de la biomedicina. Dichos nanoelementos pueden generarse a partir de varios materiales, por ejemplo la plata. Aunque la citotoxicidad de la plata es bien conocida, recientes estudios han mostrado que, presentada como nanoestructuras, la morfología de las mismas es muy relevante en relación con dicha actividad. Precisamente debido a esta propiedad antiséptica, los nanoelementos construidos con este material pueden resultar de ayuda para combatir ciertas enfermedades infecciosas. A nivel molecular, dichas capacidades se deben a que las nanoestructuras de plata provocan un efecto fotocatalítico con especies reactivas de oxígeno que dañan los componentes celulares, alterando las paredes y las membranas bacterianas, interrumpiendo el flujo de energía e inhibiendo la actividad enzimática y la síntesis de ADN.
Morfología de las nanoestructuras de plata utilizadas en nuestro laboratorio
Efecto antibacteriano de nanoestructuras de plata
Después de la realización de nuestros experimentos hemos observado que las nanoestructuras de plata provocan un gran efecto tanto en la supervivencia como en el crecimiento de bacterias. Dicha respuesta es dependiente de la especie bacteriana analizada y de la morfología de los nanoelementos, destacando especialmente los resultados con nanoanillos. También parecen muy prometedores los resultados obtenidos sobre biopelículas bacterianas puesto que tras la interacción de nanoestructuras de plata con biofilms en crecimiento, su viabilidad se ve reducida de forma drástica.
A: Crecimiento estándar de biofilm bacteriano
B: Crecimiento del biofilm tras la adicción de nanoelementos de plata
El Instituto Tecnológico de Nanomateriales de Asturias (ITMA) ha patentado una nueva tecnología que permite generar nanoelementos con forma de anillo. Este hecho nos permite estudiar la influencia de la forma en la capacidad biocida de los nanoelementos de plata. Nuestro equipo de investigación pertenece al Intituto Universitario Fernández-Vega (IUFV) por lo que nuestro principal interés es el estudio de patógenos oculares, tanto procariotas como eucariotas, para poder generar nuevos tratamientos en un futuro.
Efecto de las nanoestructuras de plata sobre amebas y hongos
Los hongos, tanto levaduras como hongos filamentosos, son organismos más sensibles al efecto de los nanoelementos de plata, tanto tras estudiar su viabilidad como su crecimiento. De todas formas, el efecto provocado por nuestras nanoestructuras también parece dependiente del tiempo de exposición, concentración y morfología. Los resultados muestran que los nanoanillos son la forma que provoca un efecto más acusado sobre estos organismos eucariotas.
Las nanoestructuras de plata provocan la disminución de la viabilidad en levaduras y hongos filamentosos
La adicción de nanoestructuras de plata a los trofozoitos (izquierda) provoca que se transformen en quiste (derecha)
Por otro lado, las amebas también resultan afectadas tras la exposición a nanoelementos de plata. En concreto, dichos nanomateriales provocan que los trofozoitos, estado activo de amebas, se transformen en su forma de resistencia, es decir, el quiste. La proliferación de trofozoitos y la germinación de quistes se ven afectados dependiendo de la morfología de las nanoestructuras, siendo los más eficaces los nanohilos de plata. Además los nanoelementos de plata parecen generar el enquistamiento en amebas que se encuentran infectando un cultivo celular, afectando en mayor o menor medida a las células dependiendo de la forma.
Efecto de las nanoestructuras de plata sobre células humanas
Dados los efectos observados sobre cultivos celulares infectados por amebas, nuestro equipo de investigación ha estudiado el impacto de nanoelementos de plata sobre varias líneas celulares, tanto sanas como enfermas. Esto nos ha permitido comprender que las nanoestructuras de plata provocan alteraciones celulares en función del tiempo, concentración y morfología. El incremento en el tiempo de exposición y concentración de nanoelementos aumenta la mortalidad en los cultivos celulares mientras que de todas las morfologías ensayadas, los nanoanillos resultan ser los más citotóxicos. Además parece que los glicosaminoglicanos presentes en la superficie celular juegan un papel importante a la hora de evaluar la respuesta de las células provocada por los nanoelementos de plata. Los datos generados en nuestro estudio muestran que las moléculas de heparán sulfato protegen a las células del efecto citotóxico de las nanoestructuras. Por ello, dado que las células tumorales expresan un exceso de heparanasa, las nanoestructuras de plata producen una mortalidad más elevada en estas líneas celulares.
Los resultados obtenidos en nuestro laboratorio parecen muy prometedores para el desarrollo de nuevas terapias frente a enfermedades tanto infecciosas como tumorales pero es necesaria una investigación más amplia para poder utilizar esta información a favor de nuevos tratamientos.
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Franci, G., Falanga, A., Galdiero, S., Palomba, L., Rai, M., Morelli, G., & Galdiero, M. (2015). Silver nanoparticles as potential antibacterial agents. Molecules (Basel, Switzerland), 20(5), 8856-74. doi:10.3390/molecules20058856
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Zhang, X. F., Liu, Z. G., Shen, W., & Gurunathan, S. (2016). Silver Nanoparticles: Synthesis, Characterization, Properties, Applications, and Therapeutic Approaches. International journal of molecular sciences, 17(9), 1534. doi:10.3390/ijms17091534