Fabricación de LC y estuches resistentes a la contaminación

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Compuestos organometálicos

Los lentes de contacto (LC) se han convertido en una estrategia esencial tanto para la corrección de defectos refractivos como para el tratamiento coadyuvante de enfermedades de la superficie ocular. Sin embargo, su uso también está asociado con ciertas afecciones, como queratitis microbiana, queratitis infiltrativa, ojo rojo agudo por LC y úlcera periférica inducida por LC.1 Estas complicaciones, en muchos casos, derivan de la contaminación microbiana de las soluciones y estuches utilizados para almacenar los lentes, así como de los propios lentes. Esta situación se ve empeorada por malas prácticas de higiene y del uso prolongado de los propios LC.

El manejo de los biofilms microbianos asociados al uso de LC es especialmente complicado debido a su alta resistencia a los agentes antimicrobianos convencionales. (1) Por ello, el desarrollo de estuches, soluciones y LC con propiedades antimicrobianas efectivas es una prioridad para prevenir daños graves y garantizar un uso seguro. Se están haciendo investigaciones sobre diferentes formas de abordar el control de la contaminación dirigidas a ser aplicadas tanto en los LC como en los estuches, que puedan complementar la eficacia de los principios activos de las soluciones de cuidado y mantenimiento.

La primera estrategia para abordar es el uso de metales y sus óxidos contra microorganismos en LC. Los complejos organometálicos, que incluyen zinc (Zn), Cobre (Cu), telurio (Te) y plata (Ag) son conocidos por sus propiedades antimicrobianas. Aunque su uso en otros biomateriales está bien documentado, su aplicación en LC y estuches es relativamente reciente y se sigue investigando. (2)

El manejo profiláctico contra infecciones oculares mediante el uso de LC y estuches antimicrobianos ha experimentado un avance importante. La plata ha mostrado una notable capacidad antimicrobiana frente a una amplia variedad de microorganismos, incluidos bacterias gram negativas y gram positivas, hongos y protozoos. En su forma de nitrato o nanopartículas (Ag NPs) se ha incorporado en estuches y LC para liberar iones de plata de forma continua lo que contribuye a la prevención y control de la contaminación microbiana, a concentraciones cercanas a 10 μg/L. (2)

Con el fin de mejorar la eficacia antimicrobiana de las Ag NPs, se han estudiado combinaciones con otros compuestos microbicidas, incorporándolos en materiales como LC de hidrogel. Un ejemplo de ello es la inclusión de óxido de grafeno (GO), quitosano cuaternizado (HTCC) y voriconazol (Vor). En investigaciones realizadas en entornos controlados de laboratorio, se ha constatado que los LC posibilitan la liberación gradual y constante de voriconazol, un agente antifúngico de probada eficacia en el tratamiento de infecciones derivadas de su patogenicidad. (2)

No obstante, se observaron efectos adversos en los lentes que incorporaron una combinación de HTCC con Ag NPs, ya que se observó la inhibición en el crecimiento de células epiteliales corneales humanas. Este efecto se atribuye a la carga positiva del HTCC, la cual impacta de manera negativa en las membranas celulares corneales que son negativas. Por otra parte, las combinaciones de HTCC, Ag NPs y GO proporcionaron ventajas al estimular el desarrollo saludable de dichas células, además de exhibir resultados alentadores en ensayos experimentales de queratitis micóticas en modelos murinos. (2)

Se han desarrollado hidrogeles de polihidroxietilmetacrilato (HEMA) con diversas composiciones de monómeros que presentan una alta afinidad por las Ag NPs y una destacada actividad antimicrobiana frente a bacterias como Staphylococcus epidermidis y Pseudomonas aeruginosa. Estos estudios son cruciales para optimizar la efectividad de las Ag NPs contra diversos microorganismos, mientras que se minimizan los efectos secundarios, como la coloración amarilla no deseada de los lentes y estuches, y se garantiza la seguridad para los tejidos biológicos. (2)

La Ag ha demostrado efectividad contra bacterias gram negativas como Pseudomonas aeruginosa y, en menor medida, contra bacterias gram positivas como Staphylococcus aureus, aunque la eficacia puede variar. Además, tienen actividad contra hongos y protozoos, y son útiles para inhibir biofilms bacterianos, como los formados por Pseudomonas aeruginosa. (2) Sin embargo, la efectividad de la Ag puede variar y depende de factores como la formulación y concentración, con algunas discrepancias en su capacidad para controlar diferentes tipos de biofilms y bacterias resistentes a múltiples antibióticos. Los estudios han arrojado resultados diversos en cuanto a la eficacia de las nanopartículas de plata contra distintas cepas bacterianas, y han suscitado inquietudes acerca de su potencial toxicidad en células de la córnea. Sin embargo, la plata continúa siendo una alternativa importante en la producción de LC gracias a sus propiedades antimicrobianas, las cuales ayudan a prevenir infecciones como la queratitis microbiana. (2)

Continuando con los beneficios de elementos organometálicos, el zinc (Zn) y el óxido de cobre (CuO) emergen como alternativas menos tóxicas y más económicas con un potencial antimicrobiano interesante. Las propiedades antibacterianas, antimicóticas, antineoplásicas y contra la formación de biofilms de las nanopartículas de Zn y CuO han sido objeto de estudio, evidenciando su eficacia frente a una amplia variedad de microorganismos. El zinc desempeña una función fundamental en el sistema inmunológico y ha demostrado ser efectivo en la inhibición de varias bacterias y hongos patógenos. Por otro lado, el óxido de cobre también muestra eficacia contra numerosas especies bacterianas y fúngicas. (2)

En cuanto a su aplicación en LC, se ha observado recientemente que los recubrimientos de Zn:CuO logran reducir significativamente la adhesión bacteriana. Se ha registrado una disminución de ≥3 log (99.9%) en la adherencia de cepas tanto gram negativas como gram positivas, superando así la eficacia de los recubrimientos con nanopartículas de plata. Por otro lado, estudios in vitro han demostrado que las combinaciones de zinc con otros compuestos, como el quitosano y el ácido gálico, son biocompatibles y efectivas, mostrando reducciones significativas en la adhesión de Staphylococcus aureus. Se deben continuar las investigaciones al respecto para garantizar la efectividad antimicrobiana del Zn:CuO y la seguridad de las estructuras de la superficie ocular. (2)

Continuando en contexto con el uso de compuestos metálicos, el selenio (Se) tiene un rol crucial en la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS), las cuales son indispensables para regular los microorganismos. En su estado de oxidación de -2, el Se funciona como catalizador en la generación de radicales superóxido (O₂⁻), radicales hidroxilo (•OH) y peróxidos (O₂²⁻). Estos radicales poseen una importante reactividad y la capacidad de causar daño a los orgánulos celulares de bacterias y hongos, como las membranas celulares y el ADN, lo que resulta en la eliminación de estos. Al reaccionar con oxígeno, el Se disminuye los grupos tiol (–SH) en el glutatión que se encuentra en la película lagrimal, generando especies reactivas de oxígeno de breve duración que poseen una amplia actividad antimicrobiana. (2) Ver Figura 1.

Figura 1. Mecanismo catalítico del compuesto organometálico Se en la generación de radicales superóxido para la destrucción bacteriana. (2)

En este sentido, la utilización del Se en diferentes aplicaciones antimicrobianas, como en recubrimientos para LC y estuches, posibilita prevenir la formación de biofilm y mantener un entorno libre de infecciones sin ser tóxico para las células mamíferas. La característica más destacada de los agentes basados en Se es su capacidad para eliminar bacterias de manera efectiva sin dañar las células epiteliales corneales. Aunque los ROS generados son conocidos por su alta toxicidad hacia los microorganismos, su interacción con el entorno ocular al parecer es muy segura. (2)

Esta importante propiedad de biocompatibilidad se debe al microambiente único de la córnea, donde las membranas celulares cargadas negativamente debido a la capa de Gouy-Chapman-Stern protonan los ROS generados. Este proceso de protonación reduce el pH local a tres unidades por debajo del agua circundante, convirtiendo los ROS en HO₂, un radical neutro que puede infiltrarse en las membranas celulares y reaccionar con los ácidos grasos insaturados. Gracias a su capacidad para matar bacterias de manera eficiente, su bajo costo y su alta compatibilidad con las células corneales, el Se demuestra ser un candidato prometedor para aplicaciones antimicrobianas, pero se requiere fortalecer la evidencia en la investigación. (2)

Referencias

Kalaiselvan P, Konda N, Pampi N, Vaddavalli PK, Sharma S, Stapleton F, et al. Effect of antimicrobial contact lenses on corneal infiltrative events: A randomized clinical trial. Transl Vis Sci Technol. 2021;10(7).
Khan SA, Lee CS. Recent progress and strategies to develop antimicrobial contact lenses and lens cases for different types of microbial keratitis. Vol. 113, Acta Biomaterialia. Acta Materialia Inc; 2020. p. 101–18.