Colonización bacteriana en películas de ácido poliláctico enriquecidas con magnesio y bromuro de hexadeciltrietilamonio. Consideraciones en entorno diabético

Abstract

El aumento de la esperanza de vida ha generado el incremento de problemas de salud que precisan del uso de implantes en prácticas clínicas. Sin embargo, estos implantes pueden convertirse en focos de infección debido a la colonización de microorganismos y otras patologías como la diabetes. La creciente incidencia de infecciones requiere medidas urgentes para prevenir no solo su aparición, sino también su propagación. Esta Tesis investiga las causas por las que las bacterias alteran su proceso de colonización de biomateriales poliméricos, cuando éstos se enriquecen con compuestos activos o cuando se suplementa el entorno bacteriano con componentes diabéticos. Así, se podrán diseñar estrategias más eficaces para combatir las infecciones asociadas a implantes. El material escogido ha sido el ácido poliláctico (PLA), un polimérico degradable con gran potencial en biomedicina, enriquecido con Mg y bromuro de hexadeciltrimetilamonio (CTAB). El entorno diabético se ha simulado con glucosa y cuerpos cetónicos, y se han utilizado bacterias típicas en las infecciones protésicas, como las del género Staphylococci. El estudio combina la caracterización física superficial de bacterias y materiales con los ensayos in vitro de colonización que incluyen adhesión inicial, viabilidad y formación de biocapas. Los resultados muestran que el enriquecimiento con Mg y CTAB genera respuestas bactericidas del PLA y mejora su humectabilidad. Además, la patología diabética con hiperglucemia y cetoacidosis representa el peor escenario de colonización ya que las bacterias encuentran en este entorno un impulso en su actividad metabólica que potencia su afinidad bacteria-superficie y maximiza la formación de biocapas.

Increased life expectancy has led to an increase in the number of health problems requiring implants in clinical practices. However, these implants can become shotspot of infection due to microorganism's colonisation and other pathologies such as diabetes. The increasing incidence of infections requires urgent measures to prevent not only their occurrence, but also their spread. This thesis studies the causes by which bacteria alter their colonisation process on polymeric biomaterials, when these are enriched with active compounds, or when their environment is supplemented with diabetic components. In this way, more effective strategies can be designed to combat implant-associated infections. The material chosen was polylactic acid (PLA), a degradable polymer with great potential in biomedicine, enriched with Mg and hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB). The diabetic environment was simulated with glucose and ketone bodies, and bacteria typical of prosthetic infections, such as Staphylococci, were used. The study combines surface physical characterisation of bacteria and materials with in vitro colonisation assays including initial adhesion, viability and biofilm formation. The results show that enrichment with Mg and CTAB generate bactericidal responses of PLA and improve its wettability. Moreover, diabetic pathology with hyperglycaemia and ketoacidosis represents the worst case scenario for colonisation as bacteria find in this environment a boost in their metabolic activity that enhances their bacteria-surface affinity and maximises biofilm formation.