Las vacunas de biomateriales hacen que los implantes ortopédicos sean más seguros

Los dispositivos implantados, como prótesis articulares, marcapasos y válvulas cardíacas, pueden infectarse cuando patógenos bacterianos colonizan sus superficies, lo que a menudo conlleva cirugías de revisión, tratamientos antibióticos prolongados o complicaciones graves. En los procedimientos ortopédicos, miles de pacientes cada año sufren infecciones relacionadas con los dispositivos, a pesar de las medidas preventivas. Estos desafíos resaltan la necesidad de mejores estrategias que reduzcan el riesgo bacteriano y fortalezcan la protección inmunitaria. Ahora, una vacuna de biomateriales de nueva generación puede entrenar al sistema inmunitario para proteger los implantes ortopédicos de las infecciones.

Investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard (Boston, MA, EUA) y de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS, Cambridge, MA, EUA) han desarrollado una vacuna de andamiaje de degradación lenta diseñada para atraer células inmunitarias y presentar un amplio conjunto de antígenos. Estos andamios incorporan moléculas que reclutan células dendríticas y presentan numerosos patrones moleculares asociados a patógenos derivados de Staphylococcus aureus, capturados mediante tecnología FcMBL modificada.

El biomaterial actúa como un sitio de entrenamiento estructurado donde las células dendríticas toman muestras de antígenos antes de migrar a los ganglios linfáticos para coordinar respuestas inmunitarias específicas. Al liberar gradualmente señales inmunoactivadoras, la plataforma evita la rápida dispersión típica de las vacunas solubles. Este método activa poblaciones de células T junto con las respuestas de anticuerpos, ofreciendo una defensa más sostenida y coordinada. El desarrollo preclínico también exploró el papel de las firmas PAMP en el ajuste fino de la potencia de la vacuna.

El estudio, publicado en PNAS, comparó las vacunas basadas en biomateriales con formulaciones solubles convencionales en ratones. Al ser expuestos a S. aureus patógeno, los animales vacunados mostraron una carga bacteriana drásticamente reducida en los dispositivos implantados. Las pruebas mostraron una mejora de aproximadamente 100 veces en la supresión bacteriana en comparación con las vacunas de control que contenían los mismos componentes. Cabe destacar que el material elaborado con antígenos de cepas sensibles a la meticilina también protegió contra las cepas resistentes a la meticilina.

El equipo demostró además que los antígenos individuales identificados mediante el perfilado de PAMP podían ofrecer protección parcial, lo que indica la posibilidad de formulaciones más simplificadas. Los modelos de infección del dispositivo confirmaron que la vacunación previa redujo significativamente la acumulación bacteriana. La activación gradual de las vías inmunitarias y las respuestas coordinadas de los linfocitos T cooperadores resultaron ser fundamentales para el beneficio observado.Los análisis de sangre y tejido sugirieron una activación duradera de las redes inmunitarias necesarias para la protección de los implantes.

Estos hallazgos indican que las vacunas de biomateriales podrían ofrecer una nueva vía para prevenir infecciones en implantes ortopédicos, ampliando las posibilidades más allá de las vacunas solubles tradicionales. Al incorporar repertorios antigénicos complejos y proporcionar una activación inmunitaria sostenida, la plataforma podría superar las limitaciones que obstaculizaron intentos previos de desarrollar vacunas contra S. aureus. Otras aplicaciones más amplias podrían incluir la protección de dispositivos de larga duración en cardiología, neurocirugía o medicina vascular.

Los esfuerzos futuros buscan identificar qué firmas de PAMP generan la inmunidad más potente y mejorar la selección de antígenos. Con el tiempo,podrían producirse vacunas personalizadas utilizando PAMP aislados de las propias cepas bacterianas del paciente antes de la cirugía. Los investigadores también planean perfeccionar las formulaciones de biomateriales, explorar conjuntos de antígenos simplificados y evaluar cómo esta estrategia podría integrarse en los flujos de trabajo entre dispositivos y cirugía. Los estudios continuos en modelos animales y trabajos de investigación traslacional definirán las vías hacia su adopción clínica.

“Se podría imaginar un futuro en el que los investigadores clínicos identifiquen rápidamente PAMP relevantes en cepas de S. aureus específicas de cada paciente, obtenidas a través de procedimientos simples y no invasivos antes de las cirugías ara producir vacunas de biomateriales personalizadas y eficaces que protejan los dispositivos ortopédicos implantados contra infecciones”, dijo Alexander Tatara, MD, Ph.D., primer autor del estudio.

“Pero más allá de los implantes ortopédicos, también podría convertirse en una protección versátil y fácil de aplicar para muchos otros tipos de dispositivos que permanecen durante períodos prolongados en el cuerpo humano y que pueden crear problemas similares”, agregó el director fundador de Wyss, el Dr. Donald Ingber.

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