Nuevos biomateriales de seda de araña

Las imágenes de microscopio electrónico de barrido dan una prueba abrumadora de la diferencia. Izquierda: Se forma una biopelícula en la superficie de policaprolactona, un plástico biodegradable de uso frecuente en medicina. Derecha: La seda de araña no permite la formación de biopelículas. Crédito: Gregor Lang.

Los nuevos biomateriales desarrollados en la Universidad de Bayreuth eliminan el riesgo de infección y facilitan los procesos de curación. Un equipo de investigación dirigido por el Prof. Dr. Thomas Scheibel ha logrado combinar estas propiedades de los materiales que son de gran relevancia para la biomedicina. Estos materiales nanoestructurados se basan en proteínas de seda de araña. Previenen la colonización por bacterias y hongos, pero al mismo tiempo ayudan de forma proactiva en la regeneración del tejido humano. Por lo tanto, son ideales para implantes, apósitos para heridas, prótesis, lentes de contacto y otras ayudas diarias. Los científicos han presentado su innovación en la revista Materiales hoy.

Es un riesgo de infección muy subestimado: microbios que se depositan en la superficie de objetos indispensables en la terapia médica o para la calidad de vida en general. Gradualmente, forman una biopelícula densa, a menudo invisible, que no se puede eliminar fácilmente, incluso con agentes de limpieza, y que a menudo es resistente a los antibióticos y antimicóticos. Las bacterias y los hongos pueden luego migrar al tejido adyacente del organismo. Como resultado, no solo interfieren con varios procesos de curación, sino que incluso pueden causar infecciones potencialmente mortales.

Con un enfoque de investigación novedoso, los científicos de la Universidad de Bayreuth ahora han encontrado una solución a este problema. Utilizando proteínas de seda de araña producidas biotecnológicamente, han desarrollado un material que evita la adhesión de microbios patógenos. Incluso los estreptococos, resistentes a múltiples agentes antibacterianos (MRSA), no tienen posibilidad de asentarse en la superficie del material. Por lo tanto, las biopelículas que crecen en instrumentos médicos, equipos deportivos, lentes de contacto, prótesis y otros objetos cotidianos pronto pasarán a la historia.

Además, los materiales están diseñados para ayudar simultáneamente a la adhesión y proliferación de células humanas en su superficie. Si se pueden usar, por ejemplo, para apósitos para heridas, reemplazo de piel o implantes, apoyan de manera proactiva la regeneración del tejido dañado o perdido. A diferencia de otros materiales que se han utilizado anteriormente para regenerar tejido, el riesgo de infección se elimina intrínsecamente. Por lo tanto, los recubrimientos resistentes a microbios para una variedad de aplicaciones biomédicas y técnicas estarán disponibles en un futuro próximo.

Prevención de infecciones, facilitando la curación: Nuevos biomateriales de seda de araña

Prof. Dr.-Ing. Gregor Lang examina la infestación microbiana mediante microscopía electrónica de barrido. Crédito: UBT / Christian Wißler.

Hasta ahora, los investigadores de Bayreuth han probado con éxito la función repelente de microbios en dos tipos de materiales de seda de araña: en películas y recubrimientos que tienen solo unos pocos nanómetros de espesor y en andamios de hidrogel tridimensionales que pueden servir como precursores para la regeneración de tejidos. “Nuestras investigaciones hasta la fecha han llevado a un hallazgo que es absolutamente innovador para el trabajo de investigación futuro. En particular, las propiedades repelentes de microbios de los biomateriales que hemos desarrollado no se basan en efectos tóxicos, es decir, que no destruyen las células. El factor decisivo radica más bien en estructuras a nivel nanométrico, que hacen que las superficies de seda de araña sean repelentes a los microbios. Hacen imposible que los patógenos se adhieran a estas superficies “, explica el Prof. Dr. Thomas Scheibel, quien es el Director de Biomateriales en la Universidad de Bayreuth.

“Otro aspecto fascinante es que la naturaleza ha demostrado una vez más ser el modelo ideal para conceptos de materiales muy avanzados. La seda de araña natural es muy resistente a la infestación microbiana y la reproducción de estas propiedades de forma biotecnológica es un gran avance”, añade Prof. Dr.-Ing. Gregor Lang, uno de los dos primeros autores y jefe del grupo de investigación de Procesamiento de Biopolímeros de la Universidad de Bayreuth.

En los laboratorios de Bayreuth, las proteínas de la seda de araña se diseñaron específicamente con diversas nanoestructuras con el fin de optimizar las propiedades biomédicas relevantes para aplicaciones específicas. Una vez más, las instalaciones de investigación en red en el campus de Bayreuth han demostrado su valía. Junto con el Instituto de Polímeros de Baviera (BPI), otros tres institutos de investigación interdisciplinarios de la Universidad de Bayreuth participaron en este avance de investigación: el Centro de Bayreuth para Ciencia e Ingeniería de Materiales (BayMAT), el Centro de Bayreuth para Coloides e Interfaces (BZKG), y el Centro de Bayreuth para Biociencias Moleculares (BZKG).