Un equipo de investigación internacional, coordinado por el Instituto de Investigaciones Químicas (centro mixto del CSIC y la Universidad de Sevilla), ha desarrollado unas nanopartículas metálicas capaces de eliminar la bacteria Staphylococcus aureus, responsable de numerosas infecciones hospitalarias y cada vez más resistente a los antibióticos. En el proyecto también han participado la Universidade Nova de Lisboa (Portugal), la Universidad de Toulouse (Francia), el Leibniz Institute for Natural Product Research and Infection Biology (Alemania) y la Universidad Autónoma de Barcelona.
Las estructuras han sido validadas en laboratorio y abren la puerta a nuevas estrategias antimicrobianas más allá de los tratamientos convencionales. El equipo investigador propone el desarrollo de agentes antimicrobianos biomiméticos, inspirados en sistemas naturales y basados en la combinación de nanomateriales con biomoléculas orgánicas, como las presentes en el ADN o las proteínas. Este enfoque podría aplicarse en el futuro al diseño de nuevos compuestos con actividad antifúngica, anticancerígena o antimicrobiana.
La principal innovación del estudio reside en la unión de dos elementos que, por separado, no presentan actividad antibacteriana. Por un lado, nanopartículas extremadamente pequeñas de rutenio, un metal empleado en química y catálisis. Por otro, una molécula orgánica derivada del uracilo, uno de los componentes del material genético de los seres vivos. Al integrarse en una única estructura nanométrica, ambos componentes actúan conjuntamente y adquieren capacidad para eliminar bacterias.
Según recoge el trabajo, titulado “Ru Nanoparticles Ligated by an N-Heterocyclic Carbene Derived from Uracil Nucleoside as Selective Antimicrobial Agents” y publicado en la revista Inorganic Chemistry, esta combinación genera un efecto sinérgico, en el que metal y molécula orgánica cooperan para potenciar su actividad. El investigador del Instituto de Investigaciones Químicas Luis Miguel Martínez explica que el objetivo del estudio era “diseñar un agente antimicrobiano activo frente a bacterias problemáticas, pero al mismo tiempo selectivo y con baja toxicidad”.
El proceso de síntesis se ha simplificado en un único paso. Los investigadores combinaron un precursor de rutenio con una molécula derivada del uracilo, que actúa como “molde” y estabilizador, controlando el tamaño de las nanopartículas y evitando la formación de agregados mayores. Este método permite una producción más eficiente, a baja temperatura y sin generación de residuos innecesarios, en un único reactor.
Una vez obtenidas, las nanopartículas fueron analizadas mediante microscopía de alta resolución, confirmando su tamaño reducido y su estructura ordenada. “Utilizamos microscopía electrónica para observar su disposición atómica y su estructura cristalina, similar a un panal de abejas, lo que explica su estabilidad y eficacia”, señala Martínez. Además, el equipo realizó simulaciones computacionales avanzadas para estudiar la interacción entre la molécula orgánica y la superficie de las nanopartículas.
En las pruebas biológicas, los investigadores compararon distintos materiales de referencia y comprobaron que únicamente las nanopartículas más pequeñas recubiertas con la molécula derivada del uracilo presentaban actividad antibacteriana. Asimismo, el efecto observado fue selectivo, actuando específicamente contra Staphylococcus aureus sin afectar a otras bacterias.
Este comportamiento selectivo resulta especialmente relevante en el desarrollo de nuevos tratamientos, ya que uno de los principales retos de los antimicrobianos es evitar daños en microorganismos beneficiosos y reducir el riesgo de resistencias.
El equipo continuará investigando nuevas combinaciones de nanopartículas metálicas y biomoléculas orgánicas para ampliar sus aplicaciones biomédicas, especialmente en el tratamiento de infecciones complejas.
El estudio ha sido financiado por la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación y con fondos propios del Instituto de Investigaciones Químicas.