Visualizar lo invisible: sitios activos en nanomateriales antibacterianos
La microscopía de fluorescencia tiene un gran potencial para mejorar sistemáticamente la eficacia de los nanomateriales antibacterianos
El interés por los nanomateriales antibacterianos ha aumentado debido a la creciente amenaza de microbios resistentes a los antibióticos. Una estrategia especialmente prometedora consiste en el uso de nanomateriales que generan especies reactivas del oxígeno al exponerse a la luz, combatiendo eficazmente los microorganismos. Sin embargo, un reto clave consiste en trasladar las propiedades observadas a nivel molecular al material en su conjunto. Investigadores de la Universidad de Duisburgo-Essen, dirigidos por la Dra. Anzhela Galstyan, catedrática junior, han logrado avances significativos en la resolución de este problema. Utilizando microscopía de fluorescencia de vida útil, han visualizado por primera vez los sitios activos de estos materiales, lo que les ha permitido establecer correlaciones entre la actividad y las propiedades del material. Sus hallazgos se han publicado recientemente en Angewandte Chemie.
lado izquierdo: Las imágenes FLIM muestran la diferencia entre una membrana activa y una inactiva. En la membrana activa, las zonas rojas resaltan los sitios activos donde el fotosensibilizador (PS) permanece en un estado excitado, lo que significa una alta actividad. En la imagen de la derecha: Representación esquemática de la membrana antibacteriana con las estructuras químicas del (PS) y los polímeros utilizados.
Universität Duisburg-Essen
Las bacterias también pueden combatirse sin antibióticos convencionales. Una opción es utilizar la inactivación fotodinámica. En este proceso, moléculas especiales sensibles a la luz, conocidas como fotosensibilizadores, se activan mediante irradiación con luz. Generan especies reactivas de oxígeno que inactivan las bacterias atacando sus proteínas, ADN y partes de las paredes celulares.
Utilizamos este principio e integramos moléculas fotoactivas en membranas de nanofibras para utilizarlas en el tratamiento del agua", explica el profesor Galstyan. Sin embargo, los fotosensibilizadores muy activos a nivel molecular no se traducen automáticamente en materiales de membrana igualmente eficaces. Por eso, el equipo de Galstyan aplicó la microscopía de fluorescencia de vida útil (FLIM) para visualizar la distribución de los fotosensibilizadores en las nanomembranas antibacterianas. El tiempo de vida de la fluorescencia se refiere al periodo durante el cual las moléculas sensibles a la luz permanecen excitadas tras su activación, un indicador que permite sacar conclusiones sobre la cantidad de especies reactivas de oxígeno generadas.
Al analizar las imágenes FLIM, los investigadores observaron que la distribución de los sensibilizadores en las nanofibras estudiadas variaba significativamente. Para el estudio, se fabricaron membranas basadas en polímeros mediante técnicas de electrospinning, combinando distintas propiedades superficiales (hidrófobas e hidrófilas). Observamos la mayor actividad antibacteriana en una nanofibra que incorporaba el ZnPc-N+ hidrófilo, que atrae el agua, como fotosensibilizador", informa Galstyan.
Las imágenes FLIM explican esta observación: 'En la interfaz entre el agua y la membrana, hay una alta densidad de sitios activos con tiempos de vida prolongados. Los fotosensibilizadores hidrofílicos tienden a orientarse hacia la fase que atrae el agua y se acumulan preferentemente en la interfase material-agua", explica el catedrático junior de nanomateriales en sistemas acuáticos.
Utilizando imágenes FLIM, no sólo podemos identificar la posición de los sitios activos dentro de las nanofibras, sino también establecer un vínculo directo entre la estructura del material y la actividad antibacteriana", resume Galstyan. Para el futuro desarrollo de nanomateriales antibacterianos, ve un gran potencial en la microscopía de fluorescencia de vida útil para mejorar sistemáticamente la eficacia de dichos materiales.
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