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¿Cómo actúa al cobre para convertirse en el mejor antibiótico del mundo?

por 5 julio 2010

¿Cómo actúa al cobre para convertirse en el mejor antibiótico del mundo?
“Nuestro objetivo es llegar a predecir cuáles son las mejores aleaciones para su empleo en las UCIs de los hospitales, lo que nos exige entender lo más elemental: cómo sale el cobre de esas estructuras y actúa sobre las bacterias”, explicó sobre esta interrogante el ingeniero e investigador de la Universidad de Chile Rodrigo Palma.

Si damos una mirada al cobre como mineral asociado a la salud humana, estamos frente a seis milagros. Uno, ya viejo, es su propiedad bactericida, muy bien conocida por el Padre de la Medicina, Hipócrates. El otro suceso, 2008-2010, es que la Agencia de Protección  Ambiente de los Estados Unidos (EPA) registró 282 aleaciones del metal con la capacidad de eliminar bacterias a las pocas horas y sin marcha atrás.

El tercer milagro, aún en estudio, es microbiológico. El cobre elimina a las bacterias patógenas, pero se desconocen los mecanismos exactos. Por ahora, se sabe que el metal interviene en las membranas y las proteínas de esas células, lo suficiente para impedir su existencia.

El cuarto milagro, recientemente comprobado por investigaciones científicas, es la acción directa que tiene el metal y sus aleaciones en la disminución de la carga bacteriana de las superficies de mayor contacto de las Unidades de Tratamiento Intensivo (UCIs).

El quinto, que ya viene, es demostrar el impacto del cobre en el control de las infecciones intrahospitalarias, incluyendo las muertes de los pacientes.

Y el sexto milagro también es reciente. Luego de tantos siglos, por fin surge la  utilidad de averiguar qué sucede en la estructura atómica del cobre, capaz de transformarse en un mortífero de bacterias patógenas.

El ingeniero Rodrigo Palma está fascinado con poder contribuir en parte de este último acontecimiento. Lo hace como investigador y coordinador del proyecto “Plataforma de conocimiento y capacidades locales para la creación de nuevos productos que utilicen la propiedad bactericida del cobre”.

Desde su oficina en Beauchef, alojada en la Escuela de ingeniería de la Universidad de Chile, cuenta que esta demanda del sector productivo le permitió reunir a los pocos grupos chilenos de investigación en ciencia de los materiales para abordar  el tema.

Rodrigo Palma es ingeniero civil metalúrgico de la Universidad Federico Santa María y doctor ingeniero en materiales de la Universidad de Navarra. Hoy es subdirector del Departamento de Ingeniería Mecánica de la U. de Chile. Fue el fundador y primer presidente de la Sociedad Chilena de Metalúrgica y Materiales (SOCHIM).

Rodrigo Palma es ingeniero civil metalúrgico de la Universidad Federico Santa María y doctor ingeniero en materiales de la Universidad de Navarra. Hoy es subdirector del Departamento de Ingeniería Mecánica de la U. de Chile. Fue el fundador y primer presidente de la Sociedad Chilena de Metalúrgica y Materiales (SOCHIM).

Los aportes, de un millón de dólares, provienen de la Codelco, la Agencia Internacional del Cobre (ICA) e Innova Chile de CORFO.

Su equipo, junto a las Universidades de Santiago y Austral de Chile, se introdujo en el desafío de explicar la propiedad bactericida del cobre propiamente tal.

“Nuestro objetivo es llegar a predecir cuáles son las mejores aleaciones para su empleo en las UCIs de los hospitales, lo que nos exige entender lo más elemental: cómo sale el cobre de esas estructuras y actúa sobre las bacterias”, explicó.

Hechos, con enigmas pendientes

Trabajos internacionales en esta materia midieron los efectos del cobre sobre distintos tipos de bacterias. En algunos casos se encontró que a mayor contenido del metal en las aleaciones estos microorganismos mueren efectivamente en menor tiempo.

Sin embargo, según señala el investigador, otros trabajos demostraron que, independientemente del porcentaje de cobre en las aleaciones — 65% o 100%, por ejemplo— las bacterias son igualmente aniquiladas. Tales bacterias, probablemente más sensibles al metal, son la Listeria monocytogenes, la Acinetobacter Baumanni y la Klebsiella penumoniae.

Pero no es lo que sucedió con las bacterias presentes en los ensayos de las salas UCIs de los hospitales, como el Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (SAMR), el Enterococcus resistente a la vancomicina (VRE), la Acinotebacter baumanii, la Pseudomonas aeruginosa y la Escherichia coli 0157. Estas bacterias, tal vez más resistentes, mueren cuando las aleaciones están compuestas por sobre un 75% de cobre.

Más desconcertantes son otros estudios que, usando iguales cantidad de cobre y tipos de aleaciones, las mismas colonias de bacterias mueren a los 50 minutos y otras a los 200 minutos.

Teoría de la corrosión

Para entender estos distintos resultados, los investigadores partieron con una hipótesis: el cobre sale de su estructura o aleaciones  bajo la forma de cationes (Cu+), que son los iones positivos que se introducen en las bacterias.

Se formaría primero una capa de óxido cuproso sobre la superficie del material y, en la medida que ésta va creciendo, va liberando los cationes. Lo que interesa entonces saber es cuáles son los materiales o condiciones que hagan más fácil o difícil la salida de esta pequeña bomba en busca de electrones para aparearse.

“Lo que estamos elucubrando es que el proceso es parecido a la corrosión del cobre, en cuyo caso también se pierde masa. Por tanto, a buenas y primeras podemos pensar que, en la medida que la aleación o el material mismo sea más propenso a la corrosión, mayor es su poder bactericida”, sostiene el ingeniero.

Desde este punto de vista, todavía no hay trabajos sistemáticos que apoyen esa conjetura. Tampoco hay estudios que den una pauta acerca de las diferencias entre un tipo de aleación u otra para averiguar de qué depende la cantidad de cationes de cobre y su beneficiosa salida.

“Todo indica que hay otras variables, distintas al contenido de cobre, tipo de aleaciones o colonias de bacterias, que afectan a la corrosión del material”, plantea Rodrigo Palma.

Claves: defectos y manchas

Una de esas variables, es la deformación del material que, curiosamente, favorece la corrosión y, por tanto, la escapatoria de cationes de cobre que promueve la capacidad bactericida.

“Cuando un material se deforma, se le introducen defectos a nivel atómico que lo hacen más vulnerables a la corrosión, como la falta de un átomo o planos de átomos que terminan ahí y no siguen en la estructura”, puntualiza el académico.

Por ejemplo, cuando las planchas de cobre se someten a un proceso con rodillos para disminuir su espesor, éstas se deforman.

“Sabemos también — dice el profesor Palma— que el tamaño del cristal o estructura atómica del material son otras variables que intervienen y que esperamos estudiar”.

Por otra parte, si el material de cobre se mancha, ya sea por la grasa de las manos o algunos líquidos de limpieza, probablemente se está oxidando o corroyendo y, por tanto, estaría aumentando su capacidad bactericida.

Lo que aparece en esta situación como un atributo negativo, no lo es. Tanto es así que el equipo de Rodrigo Palma construyó ambientes similares a las UCIs para evaluar cuáles son las aleaciones que más se manchan.

Como afirma él mismo, el acero inoxidable aparentemente se ve siempre limpio, pero no mata a bacterias; el material de cobre o sus aleaciones parecen en algunos casos “ensuciarse” con distintas tonalidades, pero elimina bacterias.

Lo fundamental es que el cobre no es el único metal que libera cationes, pero hay algo en el ordenamiento de su estructura atómica que lo hace diferente.

“Sospechamos que su estructura permite que sus electrones ensamblen específicamente con las proteínas de las bacterias para ejercer su tan importante rol a favor de la salud humana”, cuenta intrigado el investigador.

De ahí en adelante, el misterio y la responsabilidad de resolverlo corren por cuenta de los biólogos.

Con los pies en tierra

Estas investigaciones chilenas son el puente para el éxito de las aplicaciones del cobre bactericida en los hospitales, básicamente en la selección de los materiales y su tratamiento. Sin embargo, antes hay que barajar varios aspectos no solucionados en el país.

Uno de ellos es la disponibilidad de las aleaciones, tanto en Chile como el resto del mundo. El mismo investigador señala que en su quehacer con la metalurgia tiene que importar polvos de cobre de Alemania, elaborado con los mismos cátodos que envía Chile a ese país.

Informa que en Estados Unidos hay 60 aleaciones de cobre a la venta, en tanto  que en Chile sólo cuatro. Estas son cobre-aluminio, cobre-níquel, cobre-níquel-zinc y cobre-aluminio- níquel. En nuestro país, ARMAT, filial de Madeco, elabora estas  aleaciones, pero su negocio es la fabricación de monedas

El otro requisito esencial es contar con las industrias que elaboren los formatos que requieren dichas aplicaciones, como láminas, tubos, alambres, barras, planchas, entre otras. En Chile existen Madeco y SORENA. La primera empresa se mueve en los sectores de la construcción, la energía, las telecomunicaciones y la minera. La segunda empresa, en tanto, produce piezas fundidas y terminadas de aleaciones de cobre destinadas sólo a la minería.

Y, finalmente, en esta cadena de producción es crucial que exista la industria manufactura para la fabricación de piezas y  partes de los distintos objetos de contactos de la UCIs, como antebrazos de sillas, mesas de los pacientes, barandas de las camas, entre otros.

Ante esta necesaria demanda, la filial Madeco Brass Mills anunció su interés por comenzar  a focalizar parte de su producción en aplicaciones del cobre dirigidas  a la salud. Es muy probable que inicie a futuro aleaciones del metal con propiedades bactericidas y productos elaborados par estos fines.

En cada uno de estos eslabones hay también un trabajo de ingeniería para cumplir con una diversidad de criterios tecnológicos que las investigaciones chilenas podrán responder.

“Por ejemplo, si se requiere un material blando para su manipulación, hay que limitar la disminución del espesor. Si bien ello es conveniente para exponer más el material a la corrosión, éste termina endureciéndose más. Al igual que un colgador de ropa de alambre, mientras más se dobla o deforma, el material se pone más duro, puntualiza el ingeniero.

Palma señala enfático que estas promisorias aplicaciones del cobre en  los hospitales constituyen un tema de interés nacional por el elevado ahorro en días-camas, el empleo creciente de antibióticos y lamentables muertes, en tanto que para las clínicas privadas un avance sustancial para compartir también con el sistema público menores cifras de fallecimientos.

A la vez, el investigador destaca las oportunidades de mercado que tiene Chile con respecto a las aplicaciones del cobre como bactericida, una gran opción para el desarrollo de la industria local —sobre todo las PYMES—  y la exportación de materias primas con valor agregado.

“No sé en qué estamos topando para iniciar pronto esta escalada de acciones, de modo de evitar que algún día importemos aleaciones, diversos formatos del materiales y productos terminados con nuestro cobre extraído de suelo chileno”, precisa.

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