La creciente prevalencia de patógenos resistentes a los antibióticos plantea un desafío crítico para la salud pública, lo que requiere enfoques alternativos a los tratamientos antimicrobianos convencionales. La inactivación fotodinámica (PDI) emerge como un método prometedor, donde las especies reactivas de oxígeno (ROS) inducidas por la luz eliminan eficazmente los microorganismos sin causar resistencia a los fármacos. Entre los materiales que se están desarrollando para aplicaciones de PDI, los compuestos basados en cloruro de polivinilo (PVC) han atraído gran atención debido a su robustez, durabilidad y capacidad para integrar fotosensibilizadores. Este ensayo explorará la síntesis, caracterización química y biológica de materiales basados en PVC diseñados para aplicaciones de PDI, particularmente para atacar microorganismos patógenos como Staphylococcus aureus. La investigación se centra en el papel de diversos plastificantes y fotosensibilizadores de adipato, analizando su efecto sobre la fotoactividad y la eficiencia bactericida de los materiales compuestos.
El PVC es un polímero versátil ampliamente utilizado en aplicaciones industriales gracias a su resistencia mecánica, resistencia química y durabilidad a largo plazo. Sin embargo, en su estado natural, el PVC carece de fotoactividad inherente, lo que requiere la incorporación de aditivos externos para conferirle las propiedades antimicrobianas deseadas. Para la PDI, una matriz de PVC es ideal debido a su capacidad para inmovilizar fotosensibilizadores, lo que facilita la generación de ROS al exponerse a la luz. La adición de plastificantes es un paso crucial en esta transformación, ya que mejoran la flexibilidad y la miscibilidad de la matriz polimérica con los fotosensibilizadores, lo que permite una absorción de luz y una producción de ROS más eficientes.
Los plastificantes desempeñan un papel fundamental en la modificación de las propiedades físicas del PVC, haciéndolo más flexible y adaptable a diversas aplicaciones. En el contexto de esta investigación, se evaluó la capacidad de cuatro plastificantes adipatos para transformar el PVC en un material fotoactivo: hexanodioato de dibutilo (BA), hexanodioato de bis(2-etilhexilo) (EA), hexanodioato de dioctilo (OA) y hexanodioato de didecilo (DA). Estos adipatos lineales de cadena larga difieren en su estructura molecular, lo que influye en sus interacciones con la matriz de PVC y los fotosensibilizadores.
Se observó que los adipatos de cadena larga, como el DA y el OA, eran particularmente eficaces para mejorar las propiedades bactericidas del material a base de PVC. Esto se debe a su capacidad para promover una mejor dispersión e inmovilización de los fotosensibilizadores dentro de la matriz polimérica, garantizando una exposición óptima a la luz y la generación de ROS. Por el contrario, los adipatos de cadena más corta, como el BA, mostraron una menor eficiencia, probablemente debido a una compatibilidad limitada con los fotosensibilizadores y una difusión menos favorable dentro de la red polimérica.
Los fotosensibilizadores son fundamentales para el mecanismo de la PDI, ya que absorben la energía lumínica y la transfieren a las moléculas de oxígeno, generando ROS que atacan y destruyen las células bacterianas. En esta investigación se emplearon dos fotosensibilizadores: 5-(4-carboxifenil)-10,15,20-trifenil-21H,23H-porfirina (TPP) y 20-(4-carboxifenil)-2,13-dimetil-3,12-dietil-[21]pentafirina (PCox). La TPP, un conocido derivado de la porfirina, se utiliza habitualmente en la PDI debido a su fuerte absorción en el espectro visible y su alto rendimiento cuántico para la generación de ROS. La PCox, una porfirina expandida, se seleccionó por su sistema de conjugación extendido, que permite una mejor absorción de la luz y la producción de ROS.
Los resultados experimentales demostraron que la combinación de plastificantes de adipato con TPP o PCox produjo una actividad bactericida significativa contra Staphylococcus aureus. La eficacia de la PDI dependió tanto del tipo como de la cantidad de plastificante utilizado, siendo los adipatos de cadena larga los que mostraron la mayor eficiencia. En un caso, se logró la eliminación completa de la solución bacteriana (108 UFC/ml) en 60 minutos tras la irradiación, lo que destaca el potencial de estos materiales para aplicaciones antimicrobianas prácticas.
El mecanismo principal del efecto bactericida de los compuestos a base de PVC es la generación de ROS mediante la activación de fotosensibilizadores por la luz. Tras la irradiación con una lámpara azul multi-LED a una tasa de fluencia de 50 W/m², los fotosensibilizadores absorben fotones y pasan a un estado excitado. En este estado, los fotosensibilizadores interactúan con el oxígeno molecular, lo que da lugar a la formación de ROS, como el oxígeno singlete (1O₂) y los radicales hidroxilo (OH•). Estas especies altamente reactivas atacan las paredes celulares y las membranas bacterianas, causando daño oxidativo y provocando la muerte celular.
La capacidad de los fotosensibilizadores para generar ROS eficientemente depende de varios factores, como su concentración, la presencia de plastificantes y la homogeneidad de su dispersión dentro de la matriz de PVC. Los adipatos de cadena larga, como DA y OA, proporcionaron el entorno óptimo para los fotosensibilizadores, garantizando una generación óptima de ROS y maximizando su actividad bactericida.
Se evaluó la actividad bactericida de los compuestos de PVC contra Staphylococcus aureus, un patógeno común responsable de diversas infecciones. Los resultados mostraron una clara correlación entre el tipo de plastificante utilizado y la eficacia de la inactivación bacteriana. Los adipatos de cadena larga, como el DA y el OA, mostraron un rendimiento superior, logrando el DA la erradicación bacteriana completa en 60 minutos tras la exposición a la luz. Esta eficacia se atribuye a la mayor compatibilidad de los adipatos de cadena larga con la matriz de PVC y los fotosensibilizadores, lo que facilita una mejor absorción de la luz y la producción de ROS.
Además, los compuestos de PVC demostraron estabilidad a lo largo del tiempo y en condiciones oxidativas, un criterio esencial para aplicaciones antimicrobianas prácticas. Cabe destacar que no se observó liberación de componentes tóxicos durante los experimentos, lo que confirma que la acción bactericida se debió únicamente a las ROS generadas por los fotosensibilizadores inmovilizados. Este hallazgo destaca la seguridad y sostenibilidad de estos materiales para su uso en entornos donde la prevención de la contaminación microbiana es crucial, como en dispositivos médicos y envases de alimentos.
Para confirmar la integridad estructural de los compuestos de PVC durante y después del proceso fotodinámico, se emplearon diversas técnicas analíticas. La microscopía electrónica de barrido (MEB) se empleó para examinar la morfología superficial de las películas, mientras que la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR) proporcionó información sobre la estabilidad química de los materiales. El análisis MEB no reveló cambios significativos en la estructura superficial de las películas tras la irradiación, lo que indica que el proceso fotodinámico no indujo fotodegradación. De igual forma, los espectros FT-IR confirmaron que no se produjo degradación química en la matriz polimérica, lo que refuerza la estabilidad y durabilidad de los compuestos de PVC en las condiciones experimentales.
La síntesis y caracterización de materiales a base de PVC para la inactivación fotodinámica de microorganismos patógenos ofrece una vía prometedora para el desarrollo de soluciones antimicrobianas eficaces y sostenibles. La incorporación de plastificantes de adipato de cadena larga en la matriz de PVC resultó crucial para transformar el polímero en un material fotoactivo con importantes propiedades bactericidas. En particular, la combinación de hexanodioato de didecil (DA) con el fotosensibilizador PCox logró la erradicación bacteriana completa en 60 minutos tras la irradiación, lo que demuestra el potencial de estos materiales para aplicaciones prácticas en el ámbito de la salud y la seguridad alimentaria.
Las investigaciones futuras deberían centrarse en optimizar la concentración de plastificantes y fotosensibilizadores, explorar otros fotosensibilizadores potenciales y evaluar la estabilidad a largo plazo de estos materiales en entornos reales. Además, la ampliación de la investigación para incluir una gama más amplia de microorganismos validará aún más la eficacia de los compuestos a base de PVC como plataforma versátil para aplicaciones antimicrobianas fotodinámicas.
