TECNOLOGÍA

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Celulosa en la piel

Una bacteria elabora una sustancia utilizada en el tratamiento de quemaduras y para revestir chalecos antibalas

DINORAH ERENO | Edición 101 - Julio 2004

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Don nuevos productos están por salir al mercado: uno es un apósito biocompatible empleado para reemplazar temporalmente la piel humana, y el otro es un material que se usa para revestir chalecos antibalas. En común, ambos tienen su origen: la celulosa producida por la bacteria Acetobacter xylinum, un microorganismo hallado en la naturaleza, principalmente en las frutas en descomposición. La celulosa es el componente más importante de la madera, y es conocida por su origen vegetal y por su uso en la fabricación de papel. Pero también puede extraerse de bacterias, algas e incluso de animales marinos invertebrados.

La ventaja de la celulosa bacteriana, principalmente aquella producida por la A. xylinum, radica en que, luego de una serie de procedimientos industriales, adquiere una gran resistencia mecánica y se vuelve impermeable a líquidos, mintiendo con todo la permeabilidad a los gases. Para conocer mejor las propiedades de este material y descubrir nuevas formas de aplicación, la empresa Bionext Produtos Biotecnológicos, con sede en São Paulo, estableció convenios con investigadores del Instituto de Química de la Universidad Estadual Paulista (Unesp), campus de Araraquara, y del Instituto de Física de São Carlos (IFSC) de la Universidad de São Paulo (USP).

La empresa y los científicos comenzaron así a estudiar las características y la mejor forma de aprovechar la celulosa bacteriana, un producto ya conocido en el campo de la ciencia, pero muy poco utilizado comercialmente. Se sabía que la bacteria, para captar mejor el oxígeno, produce largas microfibras de celulosa que se aglutinan en la superficie de un medio líquido formando una zooglea (una especie de capa de consistencia gelatinosa compuesta por bacterias).

Una vez retiradas de ese medio, purificadas, secadas y compactadas, las microfibras se transforman en finísimas películas de celulosa pura con potencial para su uso en múltiples aplicaciones tanto en el área médica como en el sector industrial.De acuerdo con la evaluación del cirujano plástico y director del área médica de Bionext, Lecy Marcondes Cabral, la película de celulosa puede usarse en quemaduras y en procedimientos médicos de las áreas de cardiología, neurología y odontología.

En pérdidas de la piel causadas tanto por traumas mecánicos como por úlceras crónicas, la película funciona como un sustituto temporal de ese tejido. “Es un apósito biocompatible que suma en nuestra búsqueda de un substituto ideal de la piel”, dice Cabral. Este apósito, también denominado piel artificial, se coloca sobre la lesión luego de la asepsia.

Se pega en la zona y, cuando crece la nueva piel, se cae como si fuera una costra. Los pacientes en tratamiento pueden sin inconvenientes tanto ducharse como exponerse al sol. La piel artificial es permeable a gases e impermeable a líquidos, y forma una barrera bacteriológica que permite que la herida respire. Otra ventaja suya consiste en la posibilidad de atenuar o incluso eliminar el dolor en dichos pacientes. De acuerdo con el cirujano plástico, el apósito reduce el tiempo de tratamiento, y con ello disminuye también el costo de las internaciones de enfermos con quemaduras y con heridas crónicas.

Blindaje y documentos
En el desarrollo de materiales para la fabricación de placas blindadas y compuestos utilizados en chalecos antibalas, Bionext cuenta con el asesoramiento de una empresa especializada en blindaje. “Pruebas de balística han demostrado que el material es altamente resistente”, dice el profesor Bernhard Joachim Mokross, del IFSC, coordinador del proyecto en las universidades. Otra forma de utilización es la producción de papeles especiales, que pueden contribuir en la preservación de documentos históricos.

Hasta el momento se han hecho ensayos físicos con la película, destinados a evaluar la resistencia y la transparencia del material. “Para comprobar si efectivamente resiste a la acción del tempo, es necesario verificar el comportamiento de ciertos procesos químicos”, dice Norma Cassares, experta en conservación y restauración de papel que estudia el material para dicha aplicación. Recién una vez después de pasar por las pruebas de envejecimiento rápido para ver cómo se comporta y de los análisis en laboratorios especializados en papel, se podrá empezar a usarlo para restaurar documentos históricos.

Pero las aplicaciones en el área médica no se limitan al apósito. Los estudios señalan que la celulosa bacteriana tiene potencial como para sustituir en casos de trauma o tumores a la duramadre, la membrana externa espesa y fibrosa que envuelve el cerebro y la médula espinal. Las investigaciones se iniciaron en 1990, a cargo de Luís Renato Mello, de la Fundación Universidad de Blumenau, Santa Catarina, mientras escribía su tesis doctoral en neurocirugía en la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp).

Al la época, Mello cambió la duramadre de 21 perros por películas de celulosa, y comparó las reacciones con de la fascia muscular (la membrana fibrosa que recubre los músculos del cráneo), otro sustituto de membrana externa empleado en neurocirugía. “Tuve buenos resultados, y con la autorización del Comité de Ética en Investigación de la Unifesp, la empleé en 25 pacientes como estudio clínico de fase 1″, informa. Las investigaciones fueron interrumpidas porque en aquella época, él utilizaba una membrana similar producida de manera no sistemática por la empresa BioFill. Como la fase 1 es la primera de las cuatro etapas necesarias para los estudios con seres humanos, las pruebas deben entonces recomenzar. Para ello, Mello cuenta con el apoyo de los investigadores de Araraquara, que están en busca de la mejor forma de producir la membrana sustituta de la duramadre.

También se está probando la película para revestir el stent, una pequeña malla metálica empleada como sostén mecánica para impedir que la arteria vuelva a cerrarse durante la angioplastía, un procedimiento empleado para desobstruir las arterias coronarias en proceso de aterosclerosis (la formación de placas en las paredes de las arterias). “La celulosa bacteriana es utilizada con el objetivo de envolver la malla metálica”, dice el cardiólogo Ronaldo Loures Bueno, docente de la Universidad Federal de Paraná, que también participa en el grupo multidisciplinario de investigación.

El stent es introducido cerrado en la arteria coronaria, y solamente cuando llega al punto exacto de la estenosis (el lugar del estrechamiento de la arteria) el globo que está dentro se infla. Así el stent envuelto en celulosa es liberado contra la pared de la arteria. De esta manera actúa contra uno de los procesos que ocasionan la reestenosis (una complicación tardía del procedimiento), que es la migración de células musculares lisas de la pared del vaso hacia dentro de la arteria.

Las pruebas in vitro y también con conejos y cerdos se efectuaron durante tres meses en Estados Unidos y Canadá. Fueron evaluadas la reacción inflamatoria y la de hemocompatibilidad (compatibilidad con la sangre). “El material tiene enorme potencial para revestir el stent “, dice Bueno. De acuerdo con el cardiólogo, si se aprueba en todos los ensayos preclínicos y clínicos en la circulación coronaria, podrá usarse con seguridad en cualquier tipo de vaso (en la arteria aorta, arterias de las piernas, de los brazos) y en el sistema tubular (tubo digestivo, estructuras tubulares del pulmón, en los bronquios, en la traquea y en la uretra).

Las aplicaciones del material apuntan hacia las más variadas áreas. Una de las más recientes, estudiada por los docentes Younes Messaddeq y Sidney Ribeiro, del Instituto de Química de la Unesp de Araraquara, son las membranas de celulosa para pantallas flexibles luminescentes (que podrán servir para computadoras, televisores, DVDs) con un espesor equivalente al de una hoja de papel. “Estamos evaluando las propiedades físicas y químicas de la membrana para diferentes aplicaciones”, dice Messaddeq. Los estudios se refieren a la estructura molecular del material, por medio de microscopía electrónica, difracción de rayos X y análisis térmico, al margen de las propiedades mecánicas (resistencia a la tracción, dureza, permeabilidad a líquido y gases), propiedades dieléctricas (aislantes de electricidad) y luminescentes (de emisión de luz).

Polímero cristalino
La versatilidad de la celulosa bacteriana, en comparación con la vegetal, se debe al hecho de que es químicamente pura. Esto significa que no va acompañada de ningún otro compuesto orgánico, tal como sucede con la vegetal. “Lo más complicado para la industria del papel es separar la celulosa de la lignina y de la hemicelulosa”, dice Ribeiro. En tanto, la bacteriana solamente tiene lo que interesa, es decir, la celulosa. Asimismo, es un polímero cristalino, lo que la distingue de otras formas de celulosa.

La investigación sobre la celulosa bacteriana comprende al proceso de producción, y para ello se cuenta con la consultoría de un experto en fermentación: el ingeniero químico Walter Borzani, del Instituto Mauá de Tecnología de São Caetano do Sul, São Paulo. “Estudiamos la influencia de varios factores en la fermentación, el rendimiento, la velocidad del proceso y la calidad del producto”, dice Borzani. Entre tales factores se encuentran la concentración de nutrientes, la temperatura, la acidez y el suministro de oxígeno. La fermentación para la producción de películas de celulosa se hace en un medio líquido. Dependiendo del producto final, todo el proceso, lo que comprende la fermentación, la extracción de celulosa, el lavado y el secado, demora dos semanas.

Todos los productos obtenidos hasta ahora son producto de estudios pioneros llevados a cabo con la bacteria A. xylinum en Brasil por Luiz Fernando Farah, director científico de Bionext. Hijo de médico y ex estudiante de derecho y de psicología, Farah dice que identificó ese microorganismo cuando estaba trabajando con plantas ornamentales. Sus estudios de botánica lo llevaron hacia la microbiología, en la cual encontró citas de la bacteria productora de celulosa como curiosidad de laboratorio. “Era una forma de demostrar la actividad bacteriana”, comenta.

De acuerdo con Farah, los textos sostenían que la celulosa era un material abundante en el reino vegetal, pero que no había interés económico en el producto bacteriano, pese a ser la forma más pura encontrada en la naturaleza. Esa contradicción azuzó su curiosidad. Las primeras cepas de la bacteria llegaron provenientes de Alemania, de manos de un amigo. El cultivo del microorganismo lo hizo en casa, porque a la época no estaba vinculado a instituciones de investigación o empresas. Para llegar a la membrana, aboco bastante tiempo y estudio a su proyecto. Para resguardar su descubrimiento, pues a la época la legislación brasileña no contemplaba la protección para productos médicos y alimenticios, la membrana fue patentada como un apósito o una órtesis de piel en 1985.

Las investigaciones de Farah en BioFill, contaron con el apoyo de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep), del Ministerio de Ciencia y Tecnología. Como reconocimiento debido a su invención, el científico fue premiado en 1986 por la Organización Mundial de la Propiedad Intelectual (Ompi), con sede en Ginebra, Suiza.Durante algún tiempo el apósito fue fabricado por BioFill y vendido a los hospitales. Debido a una asociación de la empresa con una multinacional que no tenía el producto en su foco de negocios, la producción fue dejada de lado. En 2002, Bionext ingresó en el circuito y resolvió invertir no solamente en el apósito, sino en todas las posibles aplicaciones de la membrana.

Al margen de formar un equipo multidisciplinario, desarrollo equipamientos destinados al perfeccionamiento de la producción, la purificación y el secado de la membrana que fueron patentados, con miras a mejorar el proceso productivo.También se hizo efectivo el depósito de la patente de la membrana en Brasil y la misma está siendo extendida a Estados Unidos, Asia y la Comunidad Europea. Los planes de Bionext muestran a las claras que ésta anhela ir mucho más lejos. “Pretendemos tener la mayor y más eficiente industria de celulosa bacteriana del mundo”, dice Nelson Luiz Ferreira Levy, director de la empresa.

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