Polímeros en medicina Teach article

Materiales

• Solución de yodo (aproximadamente 0.05 M)
• Solución de almidón (aproximadamente 0.12% w/v)
• Una selección de diferentes filmes de plástico.

Procedimiento

Investigar el movimiento de las partículas de yodo a través de distintas membranas. Hacer un pequeña bolsa con cada membrana y colocarla en un tubo con solución de almidón, como se muestra en la Figura 1. Añadir solución de yodo en cada bolsa y observar lo que pasa.

1. Anota tus observaciones en la Tabla 2.

2. ¿Puedes explicar lo que está pasando?
3. ¿Puedes relacionar cada uno de tus tubos (1-4) con uno de los diagramas (A-D) en la Figura 2?

4. ¿Qué pasaría en cada tubo si las soluciones se invirtieran: si al principio la solución de moléculas mas pequeñas estuviera en el tubo de ensayo y la solución de moléculas mas grandes estuviera en la membrana (Figura 3)? Anota tus predicciones en la Tabla 3.

El riñón humano es un órgano sorprendente que tiene dos funciones esenciales: el mantenimiento del equilibrio del agua en el cuerpo y la excreción de urea, sales y agua. Cada día los riñones filtran unos 180 l de fluido a partir de la sangre, la mayoría es reabsorbido junto con los nutrientes que el cuerpo todavía necesita, como glucosa y aminoácidos. De los 180 l de fluido que filtran los riñones se producen unos 2 l de orina que contienen productos de deshecho como la urea que es tóxica para el cuerpo. La orina se almacena en la vejiga antes de ser excretada.

1. Por qué crees que normalmente no hay proteínas de plasma en la orina a pesar de estar presentes en el plasma sanguíneo?
2. Como resultado de ciertas enfermedades aparecen células sanguíneas en la orina. ¿Qué puede haber causado esto?

Si el riñón de una persona falla, la muerte ocurrirá al cabo de unos cuatro días, debido a que la acumulación de urea provoca la pérdida de control del cuerpo sobre el equilibrio de agua. La vida de la persona se puede salvar con ayuda de la diálisis; normalmente esto implica visitar el hospital tres veces por semana. Durante la diálisis, que dura entre seis y ocho horas, la sangre del paciente se hace pasar junto a un filtro llamado membrana de diálisis con la ayuda de una máquina. Al otro lado de la membrana fluye una solución de diálisis especializada. La composición de esta solución es tal que consigue hacer pasar la urea de la sangre a través de la membrana hacia el fluido de diálisis sin que lo hagan la glucosa ni los aminoácidos. La sangre, sin la urea, es retornada entonces al cuerpo.

3. ¿Por qué las células sanguíneas y las proteínas del plasma no son extraídas de la sangre durante la diálisis?
4. Urea, glucosa y aminoácidos son todas moléculas de tamaños similares. ¿Por qué la urea pasa a través de la membrana de diálisis pero no la glucosa y los aminoácidos?
5. ¿Que pasaría si se utilizara agua como fluido de diálisis?
6. ¿Como se podría usar la diálisis para extraer el exceso de sales?

El polímero cloruro de polivinilo (PVC) es un plástico barato y duradero que se usa en tuberías, carteles y ropa. A menudo se le añaden plastificantes para hacerlo más flexible y fácil de manipular. En esta actividad vas a fabricar una membrana de PVC con y sin plastificantes y vas a comparar sus propiedades físicas y químicas.

Las membranas antimicrobianas son utilizadas en muchas tecnologías médicas, se fabrican incorporando nano partículas o micro partículas de plata o de otros metales en polímeros. En presencia de oxígeno (en el aire) y agua, las partículas de plata elemental reaccionan para formar iones plata (Ag²⁺) que tienen la capacidad de destruir la pared celular, inhibir la reproducción celular y trastornar el metabolismo en algunas bacterias, virus, algas y hongos^w3, ^w4.

Materiales

• Disolvente: oxolano (tetrahidrofurano, (CH₂)₄O)
• PVC en polvo
• Dibutil sebacato u otro plastificante
• Nitrato de plata (AgNO₃)
• Citrato trisodico (Na₃C₆H₅O₇)
• Nutrient agar
• Cultivo bacteriano (por ejemplo E. Coli en un caldo de nutrientes)
• Una placa calefactora
• Un agitador magnético
• Vasos de precipitados de 75 ml
• Una base de vidrio (por ejemplo un vaso de precipitados, un vidrio reloj o un vidrio portante)
• Una probeta graduada
• Una pipeta Pasteur
• Una espátula
• Cápsulas Petri
• Bucles de inoculación

Procedimiento

Nota de seguridad: todos los pasos han de realizarse bajo la campana de humos. El tetrahidrofurano es un líquido altamente inflamable y su vapor puede causar irritación ocular seria, se debe manipular con cuidado, siempre bajo la campana y llevando guantes.

1) Fabricando PVC sin plastificante

1. Calienta 20 ml de disolvente usando la placa calefactora y el agitador magnético.
2. Lentamente añade 1.5 g de PVC en polvo mientras agitas.
3. A los diez minutos la disolución debería volverse más viscosa. Separa el vaso de precipitados de la placa.
4. Retirar el agitador magnético y añadir unos mililitros de la solución de PVC lo más finamente y bien repartido posible sobre el sustrato de vidrio (dentro o fuera del vaso de precipitados o en el portante o el vidrio de reloj). Para obtener una capa fina rotar el sustrato de vidrio cuidadosamente mientras la solución esta todavía caliente.
5. Dejar el sustrato y el PVC bajo la campana mientras el disolvente se evapora, tardará unos 15 minutos. La membrana de PVC puede entonces ser fácilmente retirada del sustrato de vidrio.

2) Fabricando PVC con un plastificante

Repite los pasos anteriores para fabricar cuatro membranas más de PVC, cada una con una cantidad diferente de plastificante añadido al solvente calentado (ver Tabla 4).

1. Compara tus cinco membranas de PVC. ¿Qué efecto tiene el plastificante sobre el plástico?
2. ¿Qué crees que le pasa al plástico cuando se le añade más plastificante?
3. Según las imágenes de abajo obtenidas mediante microscopio electrónico de barrido (SEM) ¿has dado la respuesta correcta a la pregunta 2?
4. Estas membranas se pueden usar en las actividades anteriores (‘Membranas con agujeros invisibles’) para investigar el tamaño relativo de los ‘agujeros’.

3) Haciendo PVC antibacteriano

La preparación de PVC conteniendo partículas de plata requiere que la membrana tenga grandes agujeros, por ello usamos un plastificante. La plata se añade en forma de nitrato de plata, el cual es reducido usando citrato de sodio.

1. Usando la placa y el agitador magnético calienta 20 ml de disolvente.
2. Añade 2.5 ml de plastificante y entonces añade 1.5 g de PVC en polvo lentamente.
3. Añade 2.5 ml de nitrato de plata 10mM y agita durante 1-2 minutos.
4. Divide la solución entre dos vasos de precipitados de 75 ml. Agita rápidamente el vaso de forma que el interior quede recubierto de la la solución formando una membrana con la forma del vaso. Asegúrate de que no queden huecos ya que la membrana debe ser capaz de contener agua.
5. Deja los vasos baja la campana de humos para que se evapore el disolvente y extrae la membrana cuidadosamente. (Esto resulta difícil, así que haciendo dos aumentas tus posibilidades de éxito.)
6. Haz una disolución 5 mM de citrato de sodio y viértela con cuidado sobre una de las membranas con forma de vaso. Debe pasar a través de la membrana (sosténlo sobre el vaso de precipitados) reaccionando con el nitrato de plata y produciendo nano o micropartículas de plata.
7. Nota el cambio de color de la membrana.
8. Deja la membrana secar en la campana. Las imágenes SEM (a la derecha) muestran la presencia de plata elemental dispersadas sobre una membrana de PVC.

A continuación puedes investigar las propiedades antibacterianas de las membranas que has preparado.

1. Prepara una placa de agar con una colonia de bacterias: deposita unos 100 µl de tu cultivo bacteriano sobre una placa Petri que contega nutriente agar (por ej. E. coli en un caldo de cultivo) y usa un bucle de inoculación para repartirlo homogéneamente sobre la placa.
2. Coloca aproximadamente 1 cm² de tu membrana de PVC impregnada con plata sobre la placa.
   Coloca alternativamente tres piezas de membrana de PVC de las cuales una no debe haber sido tratado con plata, de forma que puedas hacer una comparación.
3. Deja la placa incubando a 37º C durante la noche y después mide la zona de inhibición que aparece alrededor de cada membrana.

Nota de seguridad: Al igual que en todos los estudios microbianos, se debe usar instrumentos esterilizados en todo momento (puen ser esterilizados en autoclave o quemados con alcohol). Incluyendo las tijeras que uses para cortar la membrana. Para prevenir contaminaciones cruzadas, lava el bucle de inoculación previamente con jabón antibacteriano.

Las propiedades antibacterianas de estas membranas las hacen útiles para tratar heridas y quemaduras, al igual que infecciones con bacterias como la Stafilococus aureus (MRSA) resistente a la meticilina y la E. coli.

1. ¿Por qué las membranas de PVC antibacterianas son particularmente útiles en el tratamiento de infecciones por MRSA?
2. ¿Qué otras aplicaciones puedes encontrar para las membranas de PVC antibacterianas?