El profesor Dr. Jacobo Hernández Montelongo, Director del Departamento de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Facultad de Ingeniería se adjudicó el proyecto Fondecyt Regular 1230553: “Nanoarchitectonics for the functionalization of urinary catheters with 2D TMDC nanomaterials: antibacterial surfaces for the prevention of catheter-associated urinary tract infections”. Este proyecto trata sobre el uso de la nanoarquitectónica para la funcionalización de catéteres urinarios con nanomateriales 2D TMDC como superficies antibacterianas para la prevención de infecciones en el tracto urinario asociadas al uso de catéteres.
El cateterismo urinario es un procedimiento médico estándar que consiste en colocar un tubo en la vejiga a través de la uretra para drenar la orina. Sin embargo, es una intervención invasiva que conlleva el riesgo de infección. Entre el 15 y el 25 % de los pacientes hospitalizados requieren catéteres urinarios y entre el 10 y el 30 % desarrollan una infección del tracto urinario asociada al catéter (CAUTI). CAUTI representa un costo por año de más de 450 millones de dólares, solo en EE.UU. El riesgo de desarrollar CAUTI aumenta con la duración del cateterismo y puede llegar al 5% con cada día de uso. La prevalencia e intensidad de la infección es mayor en los casos de inmunosupresión causada por ciertas enfermedades o condiciones, como el cáncer, la diabetes, la desnutrición y ciertos trastornos genéticos. En países como Chile y el resto de América Latina, la densidad de incidencia de CAUTI es considerablemente más alta. Por lo tanto, el diseño y la ingeniería de nuevos catéteres urinarios antibacterianos funcionales son necesarios para prevenir la infección asociada a la adherencia y proliferación bacteriana. Aquí, el uso de nanomateriales bidimensionales (2D) de dicalcogenuros de metales de transición (TMDC) puede ser una excelente alternativa. En los últimos años, se ha informado que varias estructuras de TMDC 2D son biocompatibles pero tóxicas para bacterias y hongos. Los TMDC 2D son compuestos en capas con un gran tamaño lateral pero unos pocos átomos de espesor. Su fórmula química es MX2, donde M es un elemento de metal de transición en los grupos 4 a 10 de la tabla periódica y X es un calcógeno (S, Se o Te). Estructuralmente similar al grafeno, las capas de TMDC están unidas por fuerzas de Van der Waals, y cada capa tiene una estructura «X-M-X». La incorporación de TMDC 2D en la superficie de los catéteres urinarios es una propuesta sofisticada para la prevención de CAUTI. Esta propuesta puede lograrse mediante la nanoarquitectónica, que es la combinación sinérgica de la nanotecnología con otras tecnologías, como la química supramolecular, el autoensamblaje, la autoorganización e incluso la biotecnología. En ese sentido, este proyecto aborda el uso de nanoarquitectónica para funcionalizar catéteres urinarios con nanomateriales 2D TMDC (MoX2, WX2 & MoX2-WX2-MoX2; X = S, Se). Los TMDC 2D van a añadir nuevas propiedades antibacterianas a los catéteres urinarios para prevenir CAUTI. Cabe destacar que este proyecto incluye un enfoque interdisciplinario. Integra una caracterización detallada de la superficie del material, un modelo matemático para la cinética de la actividad antibacteriana y simulaciones por computadora a través de la teoría funcional de la densidad y la dinámica molecular ab-initio.
Palabras clave: nanoarquitectónica, catéteres urinarios, TMDC 2D, nanomateriales, superficies antibacterianas.
Figura 1. A) Estructura atómica de capas individuales de TMDC en sus fases prismática trigonal (2H) y octaédrica distorsionada (1T). Se indican los vectores de red y el apilamiento de planos atómicos. B) Estructura atómica de la distribución del material a través de la heteroestructura MoX2-WX2-MoX2.
