Resolviendo problemas globales con Tecnología
De acuerdo con la OMS, hacia finales del 2018, 37.9 millones de personas vivían con HIV en el mundo y de ellas, 8.1 millones no sabían que son portadoras de la enfermedad. En 2017, el número de niños y adolescentes que vivían como portadores de HIV alcanzaba los 3 millones, con 430.000 nuevos casos de infectados ese año, de los cuales 130.000 fallecen por causas relacionadas por el VIH-SIDA de acuerdo con la UNICEF. Durante el 2018, 26.000 nuevos casos de infectados por HIV en niños entre 0-14 años fueron el resultado del abandono del tratamiento durante el embarazo y debido a lactancia materna (UNAIDS).
El control de peligrosos virus y bacterias con alta tasa de replicación es un desafío global que tiene a numerosas compañías y científicos alrededor del mundo desarrollando soluciones innovadoras con las últimas tecnologías disponibles.
Una de esas tecnologías, con potencial para ser una eficaz medida en el combate en contra de virus y bacterias proviene de la nanotecnología del Cobre.
Copper3D es una compañía chileno/norteamericana líder a nivel mundial en el uso de aditivos basados en nanocobre para la industria de impresión 3D, “hackeando” los materiales más usados por esta industria (PLA, TPU, PTEg, entre otros) agregando propiedades antimicrobiales tanto a esos polímeros como a los objetos impresos en 3D.
“Entender el problema global detrás de las estadísticas relacionadas con el HIV y analizar el rol que nuestros materiales antimicrobiales pudieran jugar en la contención de la transmisión del HIV, nos llevó a pensar que podríamos desarrollar algún dispositivo que actuara como interfaz entre madre e hijo para previr el contagio de este virus a través de la lactancia materna, que es una de las vías más comunes de contagio” señala el Dr. Claudio Soto, Director Médico de Copper3D.
Con este desafío en mente, el equipo de Copper3D, cuyos fundadores son Andrés Acuña (CEO), Daniel Martínez (Director de Innovación) y Claudio Soto (Director Médico), comenzaron a trabajar en un proyecto al que llamaron: Sistema de inactivación viral en lactancia materna para prevención del contagio madre-hijo de HIV, desarrollo que derivó en una patente solicitada en Marzo 2019 en USA.
El Dr. Claudio Soto comenta al respecto “la idea inicial está basada en los pocos estudios disponibles1, 2 que establecen que los filtros y aditivos basados en cobre, pueden inactivar la replicación el HIV en una solución de leche materna, actuando específicamente contra la proteasa (esencial para la replicación viral), donde los iones de cobre degradan inespecíficamente la membrana fosfolipídica del virus, desnaturalizando su ácidos nucleicos1; sin embargo, hay muchos aspectos tales como niveles de toxicidad, degradación de los elementos nutricionales de la leche, tiempo de inactivación viral o el tamaño y forma de los filtros, permanecían sin resolver”. Tomando toda esta información pero con muchas dudas por resolver, el equipo comenzó a trabajar en un proyecto con dos líneas de investigación: Primero, testear la efectividad en la inactivación viral del material PLACTIVE™ en muestras de leche materna infectadas con HIV y Segundo, diseñar un objeto que actuara como una interfaz madre-hijo optimizando la inactivación del HIV en leche materna.
El proceso de Laboratorio: Materiales antimicrobiales v/s HIV
El equipo de Copper3D encargó un estudio de laboratorio que verificara la capacidad de inactivación viral del material PLACTIVE™. Este estudio cumplió con todos los requisitos y protocolos del comité de ética N° 31 del 14 de agosto de 2019 y desarrollado en el laboratorio de Virología del Hospital Clínico de la Universidad de Chile.
Este fue un estudio de prueba de concepto, utilizando un protocolo de prueba de muestra dividida3 con un grupo de control simple ciego, aleatorizado y positivo/negativo. Veinte sub-muestras de HIV-1 fueron tratadas (subtipo B, cultivadas del clon infeccioso NL4-3, con co-receptor CXCR4).
Laboratorio de Virología, Hospital Clínico de la Universidad de Chile
Las submuestras se asignaron al azar a los grupos A, B y Control. Las muestras A y B fueron randomizadas a cajas impresas en 3D verde o azul con un área de superficie de 40 cm2 (con y sin el aditivo de nano-cobre respectivamente – los investigadores fueron ciegos a esta información durante la ejecución del estudio). Las muestras fueron expuestas durante 15, 60, 120 y 900 segundos al dispositivo impreso en 3D. Todas las muestras fueron cultivadas usando Células indicadoras de HIV-1 Jukat LTR-luciferasa (1G5) y los cultivos fueron realizado a las 24, 48, 72 y 96 horas post–tratamiento.
Daniel Martínez, Director de Innovación de Copper3D, menciona: «Los resultados preliminares mostraron una reducción de la replicación viral de hasta 58.6% por la simple exposición de las muestras a las cajas impresas en 3D que contienían nanopartículas de cobre. Quince (15) segundos de exposición fueron suficientes para lograr tal reducción. Estos datos nos permiten inferir que al aumentar la superficie de contacto en un factor de 10X, podríamos obtener tasas de inactivación viral mucho más altas, muy cercanas al 100% (log3) y de acuerdo con nuestro cálculos, muy probablemente en menos de 5 segundos. Estos resultados son coherentes con los tiempos de reducción teóricos propuestos por Borkow, et. al1. De acuerdo a nuestras investigaciones, este es el primer ensayo en el mundo que estudia la inactivación del virus HIV mediante el uso de este nuevo tipo de polímeros antimicrobianos con nanotecnología de cobre en objetos impresos en 3D”.
Estos promisorios resultados llevaron al equipo de Copper3D a pensar en el diseño de un dispositivo que actúe como una interfase madre-hijo, que permita inactivar el VIH durante la lactancia, antes de que llegue al niño. Aquí entramos en la segunda parte del estudio.
El dispositivo de Inactivación Viral impreso en 3D
El concepto subyacente aquí es basarse en la probada capacidad antimicrobiana de los nano-materiales de Copper3D y estudiar cómo impactan en la inactivación del HIV y cómo los diferentes diseños y formas de dispositivos impresos en 3D pueden exponencialmente aumentar la superficie de contacto con el líquido (en este caso, la leche materna) mejorando la eficacia del material con nano-cobre. La idea fue expandir la superficie de contacto por un factor de alrededor de 10X, usando en el diseño varias capas, niveles y rugosidades, emulando lo que se observa en el tracto gastrointestinal.
Figura 1 en la solicitud de patente
Diseño 3D del Inactivador Viral (patent pending USA)
Daniel Martínez, comenta: “Al igual que en cualquier proyecto de innovación, esto es un proceso en constante evolución. Hemos aprendido mucho en el camino y seguiremos diseñando, iterando, testeando, validando, certificando y aprendiendo acerca de materiales y dispositivos antimicrobianos en el futuro. Los resultados preliminares obtenidos en la primera fase de nuestra investigación sobre la inactivación viral con nano-materiales activos/ antimicrobianos, nos da un gran impulso para continuar en esta línea de investigación. Esperamos que en los próximos meses concluya la segunda fase de este estudio. Para estos fines desarrollamos un nuevo material antimicrobiano flexible, basado en TPU llamado MDflex™ (con el mismo aditivo basado en nanocobre que usamos en PLACTIVE™) para probar con nuevas iteraciones del diseño de este dispositivo de inactivación viral con mayores superficies de contacto y que sabemos que será muchísimo más efectivo, tanto en tiempos como en porcentaje de inactivación viral. Estos nuevos conocimientos permitirán el desarrollo de una gama completamente nueva dispositivos activos o antimicrobianos y aplicaciones médicas con capacidades increíbles para interactuar con el medio ambiente, eliminando bacterias y virus peligrosos y protegiendo a los pacientes y usuarios de todo el mundo. Esta segunda y última fase del estudio* concluirá en el segundo trimestre del 2020″.
Modelo 3D del Inactivador Viral (patent pending)
Conceptos de futuras aplicaciones del Inactivador Viral (patent pending)
(*) Las pruebas de caracterización mecánica del prototipo serán realizadas por colaboradores de la Universidad de Nebraska en Omaha, Departamento de Biomecánica. Jorge Zuniga Ph.D., Profesor Asociado de Biomecánica, comenta: «Copper3D nuevamente genera una tremenda disrupción en el campo de los dispositivos médicos al crear este revolucionario dispositivo, el que puede tener un tremendo impacto en la reducción de la transmisión del VIH vía lactancia materna. Nuestro laboratorio es afortunado de poder colaborar con Copper3D en un proyecto tan relevante como el Inactivador Viral”.
El futuro de materiales activos y dispositivos antimicrobianos de Copper3D
Andrés Acuña, CEO de Copper3D, reflexiona con respecto al futuro de los Materiales Activos y Dispositivos Médicos:
«Nuestro propósito como empresa siempre ha sido generar un impacto global a través de la innovación en materiales y nanotecnología. Esta nueva línea de investigación de dispositivos médicos activos/antimicrobianos y sus futuras aplicaciones, nos llena de orgullo como empresa. Creemos que estamos marcando un antes y un después en la industria y asumimos este honor con un gran sentido de responsabilidad. Continuaremos en el camino de la innovación aplicada, siempre pensando en tener un rol preponderante en los grandes desafíos mundiales de Salud, donde con nuestro materiales antimicrobianos, diseños 3D inteligentes, procesos rigurosos de validaciones técnicas y certificaciones de laboratorio, podamos avanzar en generar una nueva categoría de dispositivos activos que pueden evitar infecciones a escala global y salvar millones de vidas».
1. Borkow G, Covington CY, Gautam B, Anzala O, Oyugi J, Juma M, et al. Prevention of Human Immunodeficiency Virus Breastmilk Transmission with Copper Oxide: Proof-of-Concept Study. Breastfeed Med 2011; 6:165–170.
2. Karlström AR, Levine RL. Copper inhibits the protease from human immunodeficiency virus 1 by both cysteine-dependent and cysteine-independent mechanisms. Proc Natl Acad Sci U S A 1991; 88:5552–5556.
3. Design Considerations for Pivotal Clinical Investigations for Medical Devices
Comunicado de prensa:
Jenniffer Cadamuro.
