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Aplicación de nanopartículas en la práctica veterinaria

Las propiedades biocidas de las nanopartículas de plata tienen interés en un contexto de creciente resistencia a los antibióticos. ¿Cuáles son sus usos?

La plata es un metal pesado con propiedades versátiles extremadamente valioso para la humanidad, especialmente en la era de creciente resistencia a los antibióticos. Una característica particular de este metal son sus propiedades bactericidas, virucidas y fungicidas (Maillard et al.2016). Sin conocer los mecanismos ni el espectro de acción de este elemento, la plata (compuestos de plata) se ha utilizado en medicina durante milenios. El descubrimiento de los antibióticos provocó un retroceso en el uso generalizado de los compuestos de plata en el tratamiento de heridas.

Los nuevos descubrimientos asociados al desarrollo dinámico de diversas áreas de la ciencia han puesto de relieve el enorme potencial de uso de la plata, en forma de nanopartículas.

En los últimos años, las nanopartículas de plata (formas activas de la plata, AgNP) se han introducido ampliamente en diversos ámbitos de la vida. El uso de AgNPs se ha hecho tan frecuente que los científicos, en el campo de la toxicología medioambiental, señalan que el uso cada vez mayor de nanopartículas, incluidas las AgNPs, puede afectar negativamente al medio ambiente en determinadas situaciones (Auffan et al. 2009). Por este motivo, se ha postulado que los beneficios de la nanotecnología de la plata son aplicables principalmente a los sectores médico y farmacéutico.

Tecnología de las nanopartículas

Como ya se ha mencionado, el uso de plata en forma de nanopartículas ha sido posible gracias a la nanotecnología. La nanotecnología permite crear y utilizar de forma controlada diversas estructuras y materiales con tamaños nanométricos, es decir, similares al tamaño de átomos y moléculas individuales. Cabe recordar que nano es un prefijo que denota un factor de multiplicación de 0,000 000 001 = 10-9.

El proceso de creación de nanopartículas puede llevarse a cabo de dos maneras. El método descendente consiste en fragmentar el material hasta que las partículas individuales tengan un tamaño nanométrico, mientras que el método ascendente consiste en construir nanoestructuras partiendo de átomos individuales.

Figura 1. Esquema de cómo se obtienen las nanopartículas.

Figura 1. Esquema de cómo se obtienen las nanopartículas.

Figura 2. Escala nanométrica

Figura 2. Escala nanométrica

Impacto de la nanotecnología en las propiedades físicas y químicas de los materiales

La capacidad de las nanopartículas para atravesar la mayoría de las barreras, incluidas las biológicas, es especialmente importante y en esto se basa su elevada actividad contra los microorganismos.

La segunda propiedad práctica importante de las nanopartículas es el desarrollo de una superficie nanoespecífica. En el caso de los nanomateriales, este parámetro es muy elevado; por ejemplo, la superficie específica de las nanopartículas de silicio contenidas en un volumen similar al de una gota de lluvia es comparable a la de un gran campo de fútbol. Esto es especialmente importante en el contexto de la actividad microbiana de las nanopartículas, donde es esencial un mecanismo de contacto (Pullit et al.2010). Las AgNP son las de mayor interés para los profesionales.

En cuanto a la plata, las nanopartículas han sustituido ampliamente a la plata iónica por muchas de las razones mencionadas anteriormente. Es importante destacar que, en el caso que nos ocupa, las AgNP son mucho más seguras que la plata iónica y su potencial antibacteriano puede mejorarse claramente de varias formas, incluida la combinación con antibióticos específicos (Chojniak et al., 2018).

Hay varias explicaciones respecto a cómo actúan las nanopartículas de plata sobre los microorganismos para inducir un efecto biocida.

En primer lugar, las nanopartículas de plata tienen la capacidad de adherirse y penetrar la pared celular bacteriana, lo que provoca la alteración de la permeabilidad de la membrana celular y, en consecuencia, la muerte de la célula.

La segunda explicación más habitual se refiere a la capacidad de las nanopartículas para liberar iones de plata. Estos iones pueden interactuar con los grupos tiol de muchas enzimas importantes e inactivarlas. Las células bacterianas en contacto con la plata "absorben" iones de plata. Una vez que los iones de plata libres son absorbidos por las células, las enzimas respiratorias pueden inactivarse, generando formas reactivas de oxígeno que, entre otras cosas, atacan a la célula. Es significativo que la plata tenga una gran afinidad por el azufre y el fósforo. La interacción de los iones de plata con el azufre y el fósforo del ADN puede causar dificultades en la replicación del ADN, la proliferación celular e incluso provocar la muerte de los microorganismos. Los iones de plata también pueden inhibir la síntesis de proteínas al desnaturalizar los ribosomas del citoplasma.

Los dos mecanismos mencionados son las que se argumentan más habitualmente.

Uso de nanopartículas de plata en medicina veterinaria

Se ha demostrado sin lugar a dudas que las AgNPs tienen efectos bactericidas y bacteriostáticos e inhiben el crecimiento de hongos y protozoos (Speruda, et al. 2019.). Las nanopartículas de plata tienen propiedades antivirales. Estas características indican que podemos atribuir propiedades desinfectantes a las nanopartículas.

En la práctica veterinaria, incluida la sanidad porcina, las nanopartículas de plata se han utilizado con bastante éxito en el tratamiento de heridas cutáneas asociadas, entre otras cosas, al canibalismo (figura 3).

Figura 3. Evolución y resultado del tratamiento de heridas cutáneas provocadas por canibalismo con nanopartículas de plata.

Figura 3. Evolución y resultado del tratamiento de heridas cutáneas provocadas por canibalismo con nanopartículas de plata.

Los preparados que contienen nanopartículas de plata se utilizan cada vez más en las granjas porcinas para la desinfección de los sistemas de agua.

Las nanopartículas de plata se están convirtiendo en un elemento importante en diversos aspectos de la bioseguridad, que incluye la desinfección periódica y continua de naves realizada, por ejemplo, mediante nebulización.

El estudio (Tarasiuk & Wojciechowski, 2022) comparó la eficacia de la desinfección con un producto con AgNPs respecto a la realizada con un producto yodóforo. Se demostró que el uso de un producto con AgNPs en la desinfección periódica de instalaciones tenía un efecto significativo en la reducción del número de microorganismos que contaminan el medio ambiente y daba mejores resultados que la desinfección con un producto yodóforo. La reducción del potencial infeccioso se reflejó en los resultados de producción. La tasa de mortalidad de los cerdos en las instalaciones desinfectadas con un producto con AgNPs fue significativamente inferior a la del grupo control positivo, en el que se desinfectó con un producto yodóforo. Al mismo tiempo, se demostró que se reducía el coste de los tratamientos por nave de cebo. En el grupo de control positivo, el coste medio por individuo de 30 kg hasta el final del engorde, fue de 5,69 zlotys (1,27€) mientras que en el grupo experimental fue de 4,02 zlotys (0,90€). Puede decirse que se obtuvo una reducción del 30% en los costes de tratamiento. En la actualidad, los productos a base de nanopartículas de plata son ligeramente más caros, aunque se espera que bajen de precio a medida que aumente su uso.

Cabe mencionar que desde hace varios años existen pinturas que contienen nanopartículas de plata (a una concentración de 30 ppm). Esta concentración de plata impide el crecimiento de microorganismos en las superficies pintadas con dichas pinturas. Las pinturas se utilizan para revestir paredes en establecimientos de procesamiento de alimentos. Parece razonable introducir este tipo de pinturas en el pintado de superficies ganaderas no sólo para controlar los microorganismos, sino también los artrópodos, especialmente las moscas.

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