Superficies poliméricas antimicrobianas a base de plata

Numerosas aplicaciones prácticas de nanopartículas de plata requieren su atrapamiento sobre varios sustratos y matrices. Desde este punto de vista, los polímeros son la primera opción debido a su morfología específica, química y estructura natural, con sus largas cadenas poliméricas permitiendo la incorporación y fina dispersión de nanopartículas. Adicionalmente, los grupos funcionales adecuados de los polímeros pueden ser utilizados como sitios reactivos específicos para el control de una etapa de la síntesis de nanopartículas (Dallas 2011).

Realizando una comparación de todos los agentes antimicrobianos, la plata es probablemente el más poderoso agente antimicrobiano que exhibe una fuerte toxicidad hacia una amplia gama de microorganismos y, simultáneamente, una baja toxicidad humana (Dallas 2011). Sin embargo, su aglomeración y compatibilidad con matrices orgánicas pueden implicar el deterioro de sus propiedades mecánicas y disminuir sus propiedades antibacterianas, lo que limita su uso eficiente en materiales antibacterianos (Cheng y cols., 2008). La zeolita de plata está compuesta por metales alcalinotérreos complejos con cristales de aluminosilicato, los cuales son reemplazados parcialmente por iones de plata, utilizando el método de intercambio de iones. Así se fabrican recubrimientos de zeolita de plata para diferentes artículos, aplicando propiedades antibacterianas (Rai y cols., 2009). El empleo de las sales y complejos de plata, a pesar de ser agentes efectivos antimicrobianos, puede resultar indeseable, debido a la adsorción de iones en las células de la epidermis y glándulas sudoríparas (Dallas 2011).

Panacek y cols. (2006), encontraron que la alta actividad antimicrobiana y bactericida de las nanopartículas de plata, sobre las bacterias Gram positivas y Gram negativas, incluyendo a S. aureus

meticilina resistente. También señalaron que la actividad de las nanopartículas de plata son dependientes del tamaño. Las nanopartículas con tamaño de 25 nm fueron las que manifestaron una mayor actividad antibacteriana. Un estudio realizado por Pal y cols. (2007), demostró que la forma de las nanopartículas de plata intervenían en la eficacia antibacteriana, al comparar formas esféricas, de rodillo y triangular truncada, con tamaños cerca de los 100 nm. Se obtuvo como resultado que la forma triangular truncada era efectiva a una concentración más baja (1 µg/l) con respecto a la forma de rodillo (100 µg/l) y esférica (12.5 µg/l) y que la eficacia también está ligada a la concentración de microorganismos inicial.

Por tanto, existe una gran cantidad de factores que afectan la eficacia de estas nanopartículas, lo que no permite conseguir un estándar de eficacia hasta el momento, en función del tamaño o forma, siendo necesarios ensayos previos de verificación.

11.1. Mecanismos de acción de la plata

Sondi y cols. (2004), demostraron la existencia de plata en las membranas de bacterias tratadas, analizando las células por Microscopía de Transmisión de Electrón y, con el desarrollo del análisis por Espectrometría de Energía Dispersa de Rayos-X, confirmaron la incorporación de plata dentro de la estructura de la membrana celular. Por tanto, la penetración de la membrana celular de la bacteria por las nanopartículas de plata, es un paso previo esencial, causante del efecto antimicrobiano.

El mecanismo exacto de la acción de la plata sobre los microorganismos aún no es muy bien conocido, aunque se considera que la plata metálica, los iones de plata y las nanopartículas de plata poseen actividad antimicrobiana, de acuerdo a los cambios

morfológicos y estructurales que presentan las células bacterianas (Rai y cols., 2009).

De hecho, los iones de plata son generalmente conocidos por actuar con un número de donadores de electrones de grupos funcionales como los tioles, fosfatos, hidroxilos, imidazoles, índoles y otras aminas (Dallas, 2011). La plata también se une al ADN y ARN bacteriano, provocando su desnaturalización, lo que inhibe la replicación bacteriana (Rai y cols., 2009).

Se cree que los iones de plata que se unen al bloque de transcripción de ADN interrumpen la respiración bacteriana y la síntesis de ATP. Se proponen tres mecanismos comunes de actividad antimicrobiana de la plata (Ruparelia, 2008; Dallas, 2011):

i) liberación gradual de iones de plata libres, seguido por la disrupción de producción de ATP y replicación de ADN.

ii) daño directo a las membranas celulares.

iii)generación de nanopartículas de plata o iones de plata como especies reactivas del oxígeno.

Las especies reactivas del oxígeno (ERO o ROS) incluyen iones de oxígeno, radicales libres y peróxidos tanto orgánicos como inorgánicos, las cuales son moléculas muy pequeñas, altamente reactivas, debido a la presencia de una capa de electrones de valencia no apareada.

11.2. Toxicidad de la plata

En muchos estudios, las nanopartículas de plata son sugeridas como no toxicas en bajas concentraciones, pero debido a su tamaño tan

pequeño y propiedades variables, estas son sugeridas como peligrosas para el medio ambiente. Los efectos colaterales de las nanopartículas no han sido del todo estudiados, por lo tanto, se necesitan llevar a cabo estudios detallados, antes de la introducción de productos relacionados con la nanobiomedicina en el mercado (Rai y cols., 2009).

La toxicidad observada ha sido asignada a la oxidación de los iones en la superficie, hacia cationes de plata, que pueden afectar las funciones básicas en células de mamíferos. También se ha sugerido que debido a la adsorción de partículas muy pequeñas desde las células, se crea un efecto letal sobre las membranas celulares. Para disipar este efecto indeseado, la plata se inmoviliza en sustratos de polímero, evitando la adsorción (Dallas, 2011). La baja toxicidad ha sido demostrada a través de la cosmética y aprobación 510K de la FDA. Además ha sido incluida en la Directiva 90/128/EEC, de límites de migración para materiales plásticos y artículos en contacto con alimentos (Simmons, 2001).