Por Valeria Atehortúa, Daniela Mendoza, Ximena Palacios, Rubén Ávila, Sarah Arcipreste, Jesús Alí Montes y Natalia Rivera / Ciencia Amateur
Autor revisor Jorge Membrillo Hernández
En la actualidad, miles de pacientes en México ingresan a hospitales para recibir tratamiento y, durante su estancia, desarrollan infecciones distintas de las que motivaron su ingreso. Estas infecciones, conocidas como infecciones asociadas a la atención de salud (IAAS), representan un problema de salud pública significativo.
Tan solo en 2024, en la Ciudad de México se registraron cerca de 13,000 casos de IAAS, con una tasa de mortalidad del 29%.
Una de las principales causas de estas infecciones son las comunidades bacterianas que colonizan las superficies de dispositivos médicos como catéteres, sondas e implantes. Estas comunidades, denominadas biofilms o biopelículas, han cobrado especial relevancia, ya que durante la pandemia de COVID-19 se reportó que muchos pacientes hospitalizados con COVID o con neumonía atípica presentaron infecciones asociadas a biofilms [1].
Biofilms: qué son y cómo se crean
Desde los tiempos de los llamados cazadores de microbios, como Louis Pasteur y Robert Koch, hasta nuestras clases de microbiología en la licenciatura, hemos aprendido que, en ambientes controlados, las bacterias viven en matraces, en medios de cultivo definidos o en cajas de Petri con medios sólidos.
Sin embargo, en la naturaleza, las bacterias viven adheridas a superficies o suspendidas en líquidos.
Las encontramos en superficies externas del cuerpo humano como la piel, las uñas, o en órganos interiores o en la microbiota intestinal. Desde hace unos 30 años, se ha estudiado el comportamiento “social” de las bacterias y se ha encontrado que suelen organizarse en biofilms, donde múltiples microorganismos se agrupan y producen una matriz protectora que las recubre.
Esta matriz no solo les proporciona integridad estructural, sino que también las protege frente a amenazas externas, como antibióticos o el sistema inmunológico de un huésped. La formación de estas comunidades bacterianas está regulada por mecanismos de comunicación celular, como el quorum sensing, que permite a las bacterias coordinar su comportamiento colectivo.
Si las bacterias aumentan exponencialmente su resistencia a los antibióticos, ¿qué sucede si bacterias patógenas se adhieren a superficies de pacientes hospitalizados o de unidades de cuidado biomédico? En los últimos años, se ha descrito que la formación de biofilms en superficies biomédicas, puede causar infecciones difíciles de erradicar e inclusive la muerte.
En los dispositivos médicos, aún no se comprende por completo cómo las propiedades fisicoquímicas de los materiales influyen en estos procesos a lo largo del tiempo. Muchas empresas de polímeros de grado médico tratan de diseñar nuevos productos que sean compatibles con el uso nosocomial y con la prevención de la adherencia a estas comunidades microbianas, sin embargo, aún estamos lejos de conocer la historia completa de la vida de las bacterias sobre superficies de interés médico.
Los retos de los dispositivos médicos
Al adherirse a la superficie de catéteres, válvulas cardiacas o marcapasos, las comunidades bacterianas pueden provocar infecciones persistentes, particularmente difíciles de tratar. Esto se debe a que su estructura les confiere una alta resistencia a los antibióticos y les permite evadir las defensas del organismo, lo que dificulta su eliminación y aumenta el riesgo para los pacientes.
En este contexto, la industria de materiales desempeña un papel fundamental.
La producción de polímeros especializados como la poliamida 12 (PA12) permite usarla para fabricar catéteres médicos [3]. En tanto que la polieteretercetona (PEEK), un termoplástico semicristalino funciona para el sector médico, aplicaciones aeroespaciales y automotrices [4].
Actualmente, en el Tec de Monterrey trabajamos con perlas de PEEK y PA12 para establecer un protocolo reproducible que permita evaluar la cinética de formación de biofilms y analizar cómo las propiedades superficiales de estos polímeros influyen en la adhesión y crecimiento bacteriano.
Los experimentos se realizaron mediante cultivos en microplacas de PVC que contenían perlas de ambos polímeros.
¿Qué descubrimos?
Los resultados del estudio mostraron que bacterias como Escherichia coli y Pseudomonas aeruginosa son capaces de formar biofilms en ambas superficies, aunque con diferencias significativas en su comportamiento. En el caso de E. coli, el crecimiento máximo se observó a las 12 horas en PA12 y a las 24 horas en PEEK.
Por su parte, P. aeruginosa presentó menor formación en PA12 y un pico de crecimiento a las 24 horas en PEEK. En términos generales, el PEEK favoreció una mayor formación de biofilm, lo que sugiere que sus propiedades superficiales promueven la adhesión bacteriana con mayor eficacia que el PA12.
Estos hallazgos son particularmente relevantes si se considera que millones de catéteres intravasculares se utilizan cada año, y una fracción de ellos puede colonizarse, dando lugar a infecciones del torrente sanguíneo. Estas infecciones están estrechamente relacionadas con la capacidad de los microorganismos para adherirse a las superficies y formar biofilms, lo que incrementa su resistencia y dificulta su eliminación.
También se evaluó la formación de biofilm en catéteres comerciales. Se observó un incremento rápido de la biomasa durante las primeras 24 horas, con excepción de E. coli sobre PA12, donde el máximo se alcanzó a las 12 horas. Posteriormente, se detectó una disminución en la cantidad de biofilm, lo que podría atribuirse al agotamiento de nutrientes, la dispersión de las bacterias o la muerte celular.
Este comportamiento indica que el biofilm alcanza un estado maduro en etapas tempranas, y que el periodo crítico para su desarrollo ocurre dentro de las primeras 12 horas.
El futuro de nuevos materiales
Estos resultados destacan la importancia de la etapa inicial de adhesión bacteriana y subrayan que la selección del material puede influir significativamente en la formación de biofilms. Este conocimiento es clave para el diseño de dispositivos médicos más seguros y resistentes a las infecciones.
Se demostró que P. aeruginosa y E. coli, dos patógenos comúnmente asociados con infecciones nosocomiales, pueden crecer sobre polímeros de grado médico como PEEK y PA12.
Además, se identificó que el PEEK presenta una mayor propensión a la acumulación de biopelículas que el PA12. La comprensión de las interacciones entre bacterias y biomateriales representa un paso fundamental para contribuir al desarrollo de dispositivos médicos más resistentes a las infecciones y, en consecuencia, mejorar los resultados clínicos de los pacientes en entornos hospitalarios.
Referencias
- Mejía-Manzano, L. A., Vázquez-Villegas, P., Prado-Cervantes, L. V., Franco-Gómez, K. X., Carbajal-Ocaña, S., Sotelo-Cortés, D. L., Atehortúa-Benítez, V., Delgado-Rodríguez, M., & Membrillo-Hernández, J. (2023). Advances in material modification with smart functional polymers for combating biofilms in biomedical applications. Polymers, 15(14), 3021.
- VESTAMID® L – polyamide 12 – Evonik Industries. (2024, May 24). https://www.vestamid.com/en/products-services/VESTAMID-L
- ALBIS – VESTAKEEP® PEEK. (n.d.). https://www.albis.com/en/products/products-brands/evonik/vestakeep?utm_source=chatgpt.com
- S. Carbajal-Ocaña et al., «In Vitro Biofilm Formation Kinetics of Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli on Medical-Grade Polyether Ether Ketone (PEEK) and Polyamide 12 (PA12) Polymers,» Hygiene, vol. 5, p. 32, ago. 2025
Autores
Valeria Atehortúa-Benítez y Daniela Mendoza Lozano, estudiantes de Ingeniería Biomédica.
Ximena Citlali Palacios-Cota, Rubén Ávila-Garnica, Sarah Arcipreste-García, Jesús Alí Montes-Zúñiga, estudiantes de Ingeniería en Biotecnología.
Natalia Rivera-Melo. Estudiante de Licenciatura en Biociencias.
Este artículo fue revisado por Jorge Membrillo Hernández, profesor investigador del Instituto para el Futuro de la Educación, del Tec de Monterrey, campus Ciudad de México.
