Por Mariam Ludim Rosa (mariam.ludim@upr.edu)
Prensa RUM
viernes, 11 de septiembre de 2020

El doctor Marco De Jesús, catedrático del Departamento de Química del Recinto Universitario de Mayagüez (RUM) de la Universidad de Puerto Rico (UPR), recibió una subvención de $456 mil de la Fundación Nacional de la Ciencia (NSF), para una investigación que busca utilizar la nanotecnología con el fin de identificar los factores que regulan el crecimiento de microorganismos en superficies para aplicaciones, que van desde la purificación de agua contaminada, hasta el desarrollo de nuevos materiales para terapias de restablecimiento de tejidos en pacientes con quemaduras y terapias de reconstrucción de piel, entre otras.

El proyecto, titulado Prueba de los efectos de la morfología y la densidad de las nanopartículas en la adhesión bacteriana en matrices nanometálicas bioinspiradas, estudiará los procesos sobre cómo compuestos bioactivos, microorganismos, y sistemas modelo de bacterias patogénicas se adhieren en la superficie de materiales nanoestructurados. De manera que, se evaluará el efecto que tiene la morfología, densidad y tamaño de estos materiales en facilitar o prevenir la adherencia de organismos en superficies con tamaños de estructuras mucho menores a estos. Con esto, se busca crear nanomateriales que puedan clasificarse ya sea como bactericidas o biocidas con aplicaciones biomédicas y de salud ambiental.

“Recibir estos fondos representa un gran logro, ya que han sido el resultado de varios años de esfuerzo y sacrificio por parte del grupo. Ahora mismo, nos va a facilitar el poder extender las colaboraciones y esfuerzos que tenemos con el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en Tennessee. Allí, estamos fabricando la próxima generación de estos nanomateriales, por lo que tenemos una propuesta activa con ellos. Para poder participar más efectivamente en este proyecto, necesitábamos un auspicio que sufragara los viajes de los estudiantes y su estadía. Parte de esta subvención se utilizará para el proceso de nanofabricación de esos materiales, así como las pruebas e implementación de la tecnología y experimentos de laboratorio, que se llevan a cabo en el Recinto de Mayagüez. Este proyecto facilita expandir nuestra labor de investigación a nuevos horizontes; al igual que provee el beneficio y el valor añadido de que nuestros estudiantes pueden viajar a unas instalaciones de alta tecnología de los laboratorios nacionales, para adiestrarse en métodos y tecnología de vanguardia que redunden en el enriquecimiento de nuestra cultura académica y de investigación con su peritaje”, indicó el científico, egresado de bachillerato y maestría del Departamento de Química del RUM.

De Jesús explicó que en el área de biociencia y bioanalítica se tiene bastante conocimiento acerca de cómo las bacterias y los microorganismos interaccionan en sistemas que tienen un tamaño similar a ellos. Sin embargo, puntualizó, que no hay mucha información sobre cómo actúan materiales que son más pequeños que los microorganismos y cómo éstos se adhieren a dichas superficies.

“Realmente un microorganismo lo puedes observar con un microscopio convencional. Estos tienen dimensiones cercanas a las del particulado microscópico contenido en el polvo del Sahara, 2.5 µm o unas 25 veces más pequeñas que el ancho del cabello humano. Cuando trabajamos con este tipo de sistemas existe muy poca información de cómo materiales que son mucho más pequeños que los microorganismos, afectan la eficiencia, el crecimiento y la proliferación de estos. En el área de ciencias biomédicas y biotecnología, hay mucho interés en estudiar cómo los microorganismos se pegan a la superficie”, indicó.

Mencionó el ejemplo de una cisterna de agua o un sistema que envuelve flujo de algún material líquido, que con el tiempo, se le forma como una biopelícula gelatinosa en la superficie.

“Eso que en la jerga común se le llama un ‘babote’, es una capa de microorganismos. Una vez se forman esas capas, son bien resistentes a antibióticos, remoción con sustancias químicas o bactericidas. Por eso, es nuestro interés, tanto para nuestro equipo como para NSF, explorar y desarrollar materiales que inhiban esa proliferación para evitar la resistencia que tienen y la capacidad que tienen de pegarse fácilmente a la superficie. Incluso ahora con la pandemia del COVID-19, ha sido tema de interés porque el mismo tiene esa capacidad de adherirse a distintas superficies. Los sistemas vivos tienden a tener esas capacidades y lo que nosotros estamos explorando es cómo alterando la forma, el tamaño de partícula, y cuán densamente están empacadas esas nanoestructuras o características que tiene la superficie de un material, podemos influir o inhibir el crecimiento de estos microorganismos”, afirmó.

Destacó que llevan cinco años con la fabricación de nanomateriales, por lo que están en la búsqueda y desarrollo de nuevas aplicaciones.

“Identificamos dos campos de aplicación principal. El primero, en el tratamiento de agua para purificación y reclamación de agua en los sistemas de acueducto y alcantarillado. Hoy en día se usan muchos bioprocesos para remover los contaminantes al agua, pero si podemos controlar cuán eficientemente se pega un organismo sobre una superficie, podremos crear nuevos materiales con esta forma y morfología para así tener un proceso más eficiente de purificación de agua”, explicó.

“La otra aplicación que encontramos era en la terapia de tejidos y cobertura para la piel en pacientes que sufren quemaduras durante accidentes o tratamientos en los que hay que ofrecerles terapias de reconstrucción de tejido y el material fomenta el crecimiento por esa morfología de las células. Se puede crear un material similar al de las superficies modelos que duplique esa forma y tamaño, para facilitar el crecimiento de tejido en esa zona”, agregó.

Del mismo modo, el investigador mencionó que el esfuerzo cuenta con la colaboración del doctor Carlos Ríos Velázquez, del Departamento de Biología, y que de los resultados de este esfuerzo investigativo, podrían surgir otras aplicaciones biomédicas.

“La aplicación que estábamos contemplando como la más viable era la de desarrollo de replicar las propiedades observadas en estas superficies en el diseño de implantes, equipos quirúrgicos, a fin de inhibir la proliferación de los organismos en esa área y reducir los riesgos de infección en dichos procedimientos. El ejemplo que presentamos en la propuesta fue el siguiente: imagínate que vayas a hacer un cateterismo en una persona y que quieras que la superficie de ese catéter esté libre de contaminación, de modo que no tenga bacterias que faciliten una infección en el corazón de una persona. En ese caso, si la superficie inhibe la proliferación de patógenos, el médico tiene una forma más segura de proteger a ese paciente”, aseveró.

Añadió que otro ejemplo de acumulación de microorganismos ocurre en los dientes con el sarro.

“Cada seis meses vamos a hacer la limpieza y remover los depósitos que se forman y esos son biocapas de bacterias en nuestro cuerpo que se pegan ahí. Nosotros tenemos un implante dental que puede tener esa morfología para inhibir que se adhieran bacterias y sea más duradero y versátil, a la vez que protege la salud oral del paciente. Lo que se le pondría sería un template a esa resina antes de que seque, de manera que cuando se le aplica la radiación ultravioleta, adquiera la forma en nanoescala de ese patrón que inhibe la proliferación de ese organismo. Por ejemplo, imagine que la bacteria que produce el sarro no sea susceptible a adherirse a superficies en nanoescala que tienen forma similar a la de un panal de abejas (muchos hexágonos densamente empacados uno al lado del otro). El desarrollo de una cobertura protectora con esa morfología ayudaría a controlar la proliferación de la misma inhibiendo la formación de placas y depósitos en la superficie de los dientes”, indicó.

Esta subvención beneficiará a dos estudiantes doctorales con oportunidades de adiestramientos, internados y viaje al Laboratorio de Oak Ridge, cuando la situación actual lo permita. Asimismo, apoyará a cuatro estudiantes subgraduados.

“De no poder concretarse estas oportunidades presenciales por la pandemia, seguiríamos trabajando en el Laboratorio del Recinto, porque al menos tenemos las primeras dos generaciones de los sensores fabricados, y el año pasado antes de la pandemia, habíamos logrado terminar una de las fases de nanofabricación con el proyecto preliminar que habíamos trabajado, lo que nos permite continuar las labores de investigación aquí. Incluso, el doctor Ríos, generosamente, nos ha permitido coparticipar en el proyecto y ayudando a asistir en el componente biotecnológico de ese tipo de aplicación”, puntualizó el catetrático, quien fue becado por la UPR para completar su grado doctoral en la Universidad de Tennessee, Knoxville, en el 2004, y luego se integró a la cátedra e investigación en el RUM.

Según indicó, en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge cuenta con la colaboración de los doctores Nickolay V. Lavrik e Ivan I. Kravchenko.

Para el rector del RUM, doctor Agustín Rullán Toro, esta subvención de la NSF representa el respaldo y el compromiso de la prestigiosa entidad con el talento de sus investigadores.

“Nos sentimos honrados de que, una vez más, la Fundación Nacional de la Ciencia, respalde las investigaciones de vanguardia que nacen aquí, en el Recinto Universitario de Mayagüez, de la Universidad de Puerto Rico. Al mismo tiempo, nos llena de mucha esperanza que las posibles aplicaciones de este proyecto, tengan un impacto positivo en la salud y bienestar de muchas personas. De esta forma, ponemos los procesos de investigación, desarrollo e innovación que surgen desde nuestra Universidad, al alcance de la humanidad. Felicito al doctor De Jesús y a su grupo de trabajo por tan importante logro”, puntualizó el Rector.