De tóxicos a antibacterianos
La Universidad de Burgos, a través del ICCRAM, investiga la transformación de viológenos, compuestos orgánicos cuya toxicidad en sus variantes más comunes ha limitado su uso, para convertirlos en posibles agentes antimicrobianos frente a bacterias de interés clínico
A la izquierda, Carlos Rumbo Lorenzo, junto a miembros del equipo de investigación.
En la Universidad de Burgos, el equipo de Microbiología y Toxicología del ICCRAM desarrolla una línea de investigación centrada en la transformación de compuestos químicos con potencial aplicación en el ámbito sanitario. El trabajo se articula en torno a los derivados de viológeno, una familia de moléculas orgánicas utilizada en diversas aplicaciones por sus propiedades electroquímicas, pero cuyo estudio ha estado históricamente limitado por su elevado grado de toxicidad.
El objetivo de esta línea es analizar cómo la modificación de la estructura molecular de los viológenos puede abrir nuevas posibilidades en el campo de la biomedicina y en la lucha contra infecciones bacterianas.
El responsable del estudio es Carlos Rumbo Lorenzo, cuya trayectoria investigadora comenzó en el grupo de Microbiología del Centro Hospitalario de A Coruña, donde realizó su doctorado y trabajó posteriormente como investigador postdoctoral. En 2016 se incorporó a la Universidad de Burgos (UBU) dentro del grupo de Bioorgánica en colaboración con el ICCRAM, centro al que pasó a integrarse en 2018. Desde entonces ha asumido distintas responsabilidades, entre ellas la dirección del grupo de Toxicología en 2022 y, más recientemente, de la línea de Microbiología y Toxicología en 2025.
El ICCRAM, centro de investigación de la Universidad de Burgos, fue creado en 2014 para el estudio de materias primas críticas y ha ampliado progresivamente su actividad hacia la evaluación de la seguridad y sostenibilidad de nuevos materiales, así como la protección del medioambiente y la salud del suelo. Dentro de este equipo multidisciplinar, Carlos Rumbo centra su investigación en el campo de la toxicología y la microbiología, con especial atención al impacto biológico de sustancias químicas y materiales avanzados, como nanopartículas, que están muy presentes en elementos cotidianos, con el fin de determinar su impacto en la salud humana y medioambiental, así como sus propiedades antimicrobianas.
La investigación con viológenos tiene su origen en el estudio de derivados como el metil viológeno y sus análogos, conocidos por sus propiedades físico-químicas y su aplicación en distintos ámbitos científicos. En el proyecto europeo MeBattery, coordinado por el grupo de Procesos Electroquímicos de la UBU e ICCRAM, liderado por Edgar Ventosa, estas moléculas se exploraron como materiales electroactivos en baterías de flujo redox (un tipo de batería recargable) dentro de una línea de desarrollo de tecnologías energéticas sostenibles.
En paralelo a su uso en electroquímica, el proyecto incluyó la evaluación de su toxicidad en distintos modelos biológicos. A partir de esos estudios se identificaron resultados de interés en bacterias, lo que abrió la puerta a investigar sus posibles propiedades antimicrobianas en el ámbito biomédico.
El principal avance científico surgió al comprobar que pequeñas modificaciones en la estructura de los viológenos podían cambiar de forma significativa su comportamiento toxicológico, señala Rumbo. Esta observación fue clave para plantear la posibilidad de transformar compuestos inicialmente problemáticos por su toxicidad en otros más seguros con aplicaciones útiles. Además, este efecto no era uniforme entre los diferentes organismos. Algunos viológenos mostraron ser seguros para el ser humano, al mismo tiempo que eran tóxicos para algunos microorganismos Esta diferencia llevó al equipo a estudiar su comportamiento en bacterias relevantes para la medicina y la salud. En este punto, se identificó su actividad antibacteriana a concentraciones que no afectan negativamente a las células humanas.
Esta investigación, que se basa en la síntesis y funcionalización de la familia de viológenos desarrollada por el doctor Rubén Rubio Presa, del grupo de Procesos Electroquímicos de la UBU e ICCRAM, permite obtener derivados del viológeno con estructuras diseñadas específicamente para modular su actividad biológica. El uso de materiales de partida comerciales o accesibles facilita además su posible escalado industrial. Entre los resultados más relevantes, Rumbo destaca la identificación de una familia de compuestos capaz no solo de reducir la viabilidad de algunas bacterias relevantes en biomedicina, sino también de afectar al biofilm bacteriano (comunidad de bacterias que se adhieren a una superficie; están protegidas del ambiente y resisten mejor a los agentes antimicrobianos), inhibiendo su formación además de destruir aquellos previamente formados. Asimismo, se ha comprobado que, en modelos que simulan la infección, las células tratadas sobreviven más que las no tratadas, lo que amplía su potencial en el ámbito sanitario.
El principal avance científico surgió al comprobar que pequeñas modificaciones en la estructura de los viológenos podían cambiar de forma significativa su comportamiento toxicológico
Uno de los aspectos más significativos de esta tecnología es que no requiere fijación a superficies. Al tratarse de moléculas en forma libre, su difusión es mayor y su acceso a las bacterias más directo, lo que puede favorecer su eficacia en distintos entornos.
Aunque los resultados son prometedores, las pruebas se han realizado únicamente en bacterias estudiadas en laboratorio. Por ello, el equipo investigador considera necesario seguir investigando para entender mejor cómo funcionan, comprobar si también son eficaces contra bacterias resistentes a los antibióticos actuales y confirmar que son seguras. Estos serán los próximos pasos del proyecto. El equipo destaca la versatilidad de estas moléculas y su facilidad de modificación como base para nuevas líneas de investigación, condicionadas a la obtención de financiación.
En cuanto a sus aplicaciones, y a la espera de nuevos estudios de seguridad, el equipo apunta a la desinfección de superficies en entornos médicos como una de las opciones más viables a corto plazo, dentro de los tiempos habituales de desarrollo de este tipo de tecnologías.
En el contexto de la resistencia a los antibióticos, los primeros resultados sugieren un potencial uso como herramienta complementaria, tanto de forma independiente como en combinación con tratamientos existentes. Su actividad frente a biofilms resulta especialmente relevante, ya que estas estructuras están implicadas en numerosas infecciones intrahospitalarias y siguen siendo uno de los principales desafíos clínicos.
El estudio se encuentra actualmente en fase de protección de resultados, por lo que se ha presentado una solicitud de patente nacional con apoyo de la OTRI-OTC de la Universidad de Burgos. La investigación forma parte de la tesis doctoral de Sandra de la Parra e incluye la participación de los investigadores Rubén Rubio, Edgar Ventosa, Rocío Barros, Laura Gómez Cuadrado y Juan Antonio Tamayo.
La solicitud de patente supone un hito en el proceso, al proteger la invención y facilitar su futura transferencia al sector industrial, además de reforzar su atractivo para la inversión.
De cara al futuro, Rumbo destaca que el objetivo es consolidar el desarrollo de una familia de moléculas con actividad frente a bacterias de interés clínico, incluidas cepas resistentes a antibióticos, con aplicaciones potenciales tanto en la desinfección de superficies como en usos biomédicos, siempre que los estudios confirmen su efectividad contra cepas resistentes y su seguridad en humanos.