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Nanotecnología y cerámica antivírica

I+D en tiempos de la COVID-19: Nanotecnología y cerámicas con actividad antivírica

El coronavirus (CoV) de tipo 2 causante del síndrome respiratorio agudo severo (SARS-CoV-2), comúnmente conocido como virus responsable de la enfermedad COVID-19, se ha extendido a más de 219 países hasta la fecha, infectando a más de 46 millones de personas y causando la muerte de cerca de 1.200.000, según datos de la OMS actualizados a fecha de esta publicación.

Una vez más, en plena segunda oleada de la COVID-19, nuestra preocupación se dirige hacia los más vulnerables: personas inmunodeprimidas (que sufren afecciones tales como cáncer o SIDA que debilitan su sistema inmunitario) y personas con, al menos, una comorbilidad subyacente (es decir, que padecen de enfermedades como diabetes o hipertensión).

En estos casos, la principal línea de defensa en la lucha contra el virus, además de los medicamentos clínicamente aprobados, son los equipos de protección (mascarillas) y los agentes químicos que garanticen una total desinfección del aire y el agua, así como de los objetos y superficies que los rodean y con los que establecen contacto.

En este sentido, la pandemia mundial ha actuado como un potente detonante de numerosos avances científicos, muy prometedores, dirigidos hacia la prevención y tratamiento de la COVID-19. Sin embargo, aspectos fundamentales como el desarrollo de terapias y vacunas, así como todo un compendio de cuestiones reglamentarias para su producción y despliegue a gran escala, continúan constituyendo un desafío para el que no se dispone de respuesta, al menos, en un corto plazo.

 

El papel de la nanotecnología en la lucha contra la COVID-19

De entre todos los avances científicos antes mencionados, destacan aquellos que se enmarcarían en el campo de la Nanotecnología, o lo que es lo mismo, la manipulación de la materia en una escala de tamaños extremadamente pequeña, la escala nanométrica (entre 1 y 100 nanómetros). Para ilustrar esto basta con observar el grosor de una hoja de papel que sería de unos 100.000 nanómetros.

Pues bien, cuando se reduce el tamaño de los materiales hasta estos extremos, estos exhiben propiedades tan interesantes como una mayor resistencia, menor peso, distinta capacidad para absorber y emitir luz en diferentes regiones del espectro electromagnético o una mayor reactividad química, en comparación con las propiedades del mismo material, pero de dimensiones macroscópicas. Esto explica porque los nanomateriales generan tanto interés y se emplean, de manera transversal, entre las diferentes ramas de la física, la biología, la química y la ingeniería. Por todo esto, podemos afirmar que los nanomateriales han supuesto una auténtica revolución, impactando de forma decisiva en sectores tan dispares como como el aeroespacial, la energía, las tecnologías de la información, la medicina o el transporte.

Tal y como señalan expertos desde la revista Nature, considerada por muchos como la publicación científica de mayor prestigio a nivel mundial, la nanotecnología podría desempeñar un papel decisivo en la lucha contra la COVID-19 mediante su aplicación en dos áreas bien definidas:

      1. En el desarrollo de nanomateriales con actividad viricida, capaces de garantizar una eficaz desinfección tanto del aire, el agua y superficies, así como de reforzar la efectividad de los equipos de protección individual (EPIs).
      2. En el diseño y fabricación de sensores de alta sensibilidad y precisión, para un diagnóstico temprano de la COVID-19.

Centrándonos en la primera área de investigación, la estrategia adoptada desde el inicio de la pandemia ha sido la de emplear agentes químicos tales como compuestos clorados, alcoholes, ozono, sales de amonio o peróxidos, eficaces frente a una amplia variedad de patógenos, para la desinfección del aire, objetos y superficies circundantes o la propia piel, actuando así sobre las distintas vías de transmisión del SARS-CoV-2. Sin embargo, existen inconvenientes asociados al uso de estos productos químicos tales como las elevadas concentraciones requeridas para lograr una inhibición viral del 100%, su eficacia limitada con el tiempo, así como no pocos riesgos para la salud y el medioambiente. Es por ello por lo que el empleo de nanomateriales supone una potente alternativa dada su actividad biocida de amplio espectro, su efecto prolongado en el tiempo y su elevada eficacia en pequeñas dosis, sustancialmente inferiores a las requeridas de los agentes químicos antes mencionados para lograr un mismo grado de desinfección.

Dado que el término biocida es realmente amplio, haciendo referencia a la destrucción y/o neutralización de una amplia gama de microorganismos (bacterias, virus y hongos), centraremos nuestra discusión en nanomateriales con actividad viricida, es decir, capaces de actuar sobre los virus, concretamente en las nanopartículas de plata metálica (Ag NPs) y el dióxido de titanio nanométrico (nano-TiO2).

 

Nanomateriales con actividad antivírica: plata y TiO2

La eficacia antivírica de las Ag NPs ha sido probada a través de numerosos estudios, empleando diferentes virus tales como el VIH-1 (SIDA), hepatitis B o gripe. Además, el pasado mes de septiembre, la revista Biochemical and Biophysical Research Communications publicó un estudio llevado a cabo por investigadores de la Universidad de Yokohama (Japón) que revela una potente actividad antivírica frente al SARS-CoV-2, responsable de la COVID-19. De igual manera, en el caso del nano-TiO2, la inactivación fotocatalítica de diversas tipologías de virus ha sido ampliamente estudiada, como en el caso del H1N1 (gripe A), un virus con una estructura tipo corona similar al SARS-CoV-2.

En particular, ambos nanomateriales han sido empleados en la industria de pavimentos y revestimientos cerámicos con el objeto de dotar a las superficies cerámicas de propiedades antibacterianas, especialmente en entornos donde deben extremarse las condiciones de higiene y seguridad, tales como hospitales, cocinas, restaurantes, escuelas, aeropuertos y un largo etcétera de espacios tanto públicos como también privados. Así, existen en el mercado cerámicas con propiedades antibacterianas, autolimpiables y purificadoras de aire, basadas en las propiedades fotocatalíticas del nano-TiO2.

Sin embargo, tal y como se recoge en el último número de la revista Ceramic World Review, los avances más recientes en cerámicas antibacterianas se basan en formulaciones que incorporan Ag NPs, que, a diferencia de las cerámicas fotocatalíticas, no requieren de activación mediante luz ultravioleta y cuyo efecto antibacteriano presenta una durabilidad muy superior. Algunos ejemplos de este tipo de cerámicas antibacterianas de nueva generación serían la línea Lifeker Plus+ (desarrollada por Keraben y que incorpora la tecnología de Microban) o, por otro lado, el gres porcelánico Biostop de Rosa Gres.

 

Cerámicas basadas en nanopartículas de plata y su efectividad frente a coronavirus

Con todo esto en mente y en vista de los recientes resultados que señalan a las Ag NPs como un potente viricida frente al virus de la COVID-19, se hace cada vez más necesario explorar la actividad de estas cerámicas, que incorporan Ag NPs en sus formulaciones, frente a dicho virus. En otras palabras, deben destinarse esfuerzos de I+D con el fin de demostrar si dichas cerámicas, además de su ya conocida acción antibacteriana, presentan eficacia en la inhibición de virus como el SARS-CoV-2. En este sentido, Gresmanc Group ha sido pionero al haber conseguido testar y certificar la eficacia frente a coronavirus de su cerámica bactericida Active Plus Natural, según la norma ISO 21702: 2019 (Medida de la actividad antivírica de plásticos y superficies no porosas). Cabe destacar que, al menos hasta la fecha, no nos consta o no hemos constatado si los ensayos han sido realizados frente a una cepa de coronavirus del tipo SARS-CoV-2 específicamente.

Esto es especialmente importante, puesto que existen cientos de coronavirus, la mayoría de los cuales circulan entre animales tales como cerdos, murciélagos, gatos o camellos. Sin embargo, algunos de ellos se pueden contagiar de los animales a las personas (transmisión zoonótica). Tres de estos virus pueden originar enfermedades graves, incluso letales, para el ser humano. Así, tenemos el primer SARS-CoV que apareció en 2002 y desapareció en 2004, capaz de generar síndrome respiratorio agudo severo. En segundo lugar, tendríamos el coronavirus causante del síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS-CoV) y, finalmente, el SARS-CoV-2 que emergió en China en diciembre del año pasado causante de la pandemia mundial COVID-19.

Además, en relación con la norma ISO antes mencionada, desde el IVAMI (Instituto Valenciano de Microbiología) se establece que, «debido a las sensibilidades individuales de cada virus a los diferentes agentes antivirales, los resultados obtenidos con un virus de prueba no pueden aplicarse para otros virus». Tanto es así que, algunos productos que afirman ser efectivos frente a cepas de coronavirus, como es el caso del producto desinfectante Nano4life Hygiene, especifican claramente el tipo de virus testado mediante la norma en cuestión (concretamente el coronavirus de la gastroenteritis transmisible TGEV que se adopta como modelo del primer SARS-CoV). Y no solo esto, sino que en productos como el recubrimiento antimicrobiano TOUCH, se especifica claramente que los ensayos han sido realizados con un coronavirus felino (FCoV) y que para confirmar la efectividad del producto frente al SARS-CoV-2 habría que repetir los ensayos empleando, de forma específica, cepas de este último.

 

Mecanismo de acción en cerámicas basadas en Ag NPs 

Infografía Nanotecnologia y cerámicas antiviricas

Fuente: Elaboración propia.

Sea como sea, el estudio y optimización de la actividad antivírica de cerámicas que incorporan agentes viricidas, como las Ag NPs, supone el inicio de una tendencia en el I+D del sector cerámico, que podría desencadenar el posicionamiento de la cerámica como aliado clave para garantizar superficies seguras en esta época de pandemia mundial.

 

José Planelles Aragó

Técnico de la Unidad de Inteligencia Competitiva de ITC