El Toque de Cobre

Científico Nano

Originalmente publicado en inglés por Seth Frand
Publicado el 12 de junio del 2019
Traducido por Regina González Lona,
Editado por Wilanyi R. Alvarez Reyes y Lissett G. Diaz

Cuando escuchas “cobre”, ¿lo primero que te viene a la mente es “medicina”? Probablemente no. Probablemente piensas en centavos (que en realidad están compuestos principalmente de zinc aquí en los EE. UU.), o tal vez pienses en cableado y conductores para productos electrónicos. Pero, lo creas o no, el cobre ha tenido una larga historia de uso medicinal. Los registros de sociedades antiguas como la egipcia y la griega hablan del uso del cobre para tratar una variedad de dolencias; desde visión borrosa y cataratas hasta trastornos digestivos y parásitos, pero más comúnmente como tratamiento tópico de heridas.1 Sociedades antiguas también usaban cobre en recipientes para beber como un medio para esterilizar el agua potable.2 De hecho, remedios inorgánicos como este persistieron hasta la era moderna; cayendo en desgracia con la llegada de los antibióticos a principios de la década de 1930.

Copa de bronce para beber de la antigua Grecia (imagen de metmuseum.org)

Pero esto plantea la pregunta, ¿qué está pasando con el cobre? ¿Cómo puede un metal común tener un impacto tan grande que su uso duró miles de años? Resulta que el cobre es capaz de un fenómeno conocido como «asesinato por contacto»,3 que es exactamente lo que parece. Cuando los microbios entran en contacto con el cobre, dejan de vivir. Esto ocurre porque el cobre es un micronutriente esencial y las células bacterianas absorberán iones de cobre bajo el supuesto de que están obteniendo sus nutrientes. Desafortunadamente para los pequeños microbios, eventualmente absorben una dosis letal de iones. Demasiado cobre puede tener varios efectos que interfieren con las funciones regulares de la célula, como mantener la presión osmótica o prevenir el estrés oxidativo, y eventualmente hacer que la célula deje de funcionar por completo. Para darle una idea de cuán poco cobre se necesita realmente para la nutrición, un ser humano adulto (¡con alrededor de 37 billones de células!) necesita como máximo 10 miligramos al día.

Caricatura de los eventos tentativos en el asesinato por contacto. (A) El cobre se disuelve de la superficie de cobre y causa daño celular. (B) La membrana celular se rompe debido al cobre y otros fenómenos de estrés, lo que lleva a la pérdida del potencial de membrana y del contenido citoplásmico. (C) Los iones de cobre inducen la generación de especies reactivas de oxígeno, que causan más daño celular. (D) El ADN genómico y plasmídico se degrada. (Imagen de Grass et al. 20104, utilizada con permiso de la Sociedad Estadounidense de Revistas de Microbiología)

Los problemas para las bacterias significan beneficios para los humanos. Debido a la propiedad del cobre de matar por contacto, la Agencia de Protección Ambiental (EPA por sus siglas en inglés) ha reconocido al cobre como el primer material antimicrobiano sólido, con más de 300 aleaciones catalogadas como tales en 2008. Algunas instalaciones médicas hacen uso de esto mediante el uso de aleaciones de cobre en superficies táctiles.5 Estos son lugares como manijas en puertas y grifos o pasamanos a lo largo de las escaleras, áreas donde muchas personas tocan con frecuencia. Gracias a la matanza por contacto, es probable que muera cualquier germen dejado por alguien que gira una manija o sostiene un pasamanos. El propósito de esto es reducir la cantidad de bacterias que se transfieren de una persona a otra evitando la acumulación de microbios en las superficies que se manipulan comúnmente. Al mismo tiempo, estas superficies no representan ningún peligro para las personas, ya que no se ha demostrado que el cobre se absorba a través de la piel.6 La comparación de superficies estándar de acero inoxidable con cobre durante la contaminación repetida en el transcurso de 24 horas muestra el beneficio de usar cobre en lugar de acero para superficies táctiles.

Un experimento que muestra el efecto de cuatro compuestos diferentes de nanopartículas de cobre y quitosano sobre el crecimiento bacteriano (el quitosano es un «potenciador del crecimiento vegetal» biodegradable). Todos los compuestos de cobre y quitosano (números 1 a 4) tienen anillos alrededor sin bacterias, mientras que el área de control con solo quitosano (número 5) no tiene una zona de inhibición. (imagen de Usman et al.7 (CC BY-NC 3.0))

Además de encontrar un lugar en los hospitales, el cobre antimicrobiano se ha empleado en áreas donde las personas comúnmente entran en contacto entre sí y corren el riesgo de transmitir enfermedades. Por ejemplo, el Aeropuerto Internacional Hartsfield-Jackson de Atlanta ha modernizado los bebederos con superficies de cobre. Los centros de entrenamiento atlético, como Gilmour Academy Ice Arena, utilizan agarraderas de cobre hechas a la medida en los equipos de levantamiento de pesas.8 Incluso la cadena de comida rápida Chick-fil-A ha instalado manijas de cobre en las puertas de los baños en algunos lugares.5

Más allá de usarse para combatir enfermedades bacterianas en humanos, el cobre también se puede usar en agricultura para combatir enfermedades en plantas. Es un micronutriente común agregado a los fertilizantes, y muchas aplicaciones para combatir las enfermedades de los cultivos aprovechan el cobre a nanoescala. Las investigaciones han demostrado que el cobre puede matar tanto los hongos como las bacterias, y existen muchos tipos de tratamientos fúngicos a base de cobre fáciles de obtener para plantas de interior, jardines y granjas.9

Sin embargo, los tratamientos antifúngicos de cobre convencionales tienen desventajas. Muchos fungicidas usan sales de cobre como fuente de cobre metálico. En química, una sal es un compuesto iónico, lo que significa que una porción lleva una carga positiva y la otra porción lleva una carga negativa. Estas cargas se atraen entre sí y forman un cristal: la sal de mesa ordinaria (NaCl) es un ejemplo perfecto. Cuando se trata de usar sales de cobre para matar hongos en las plantas, puede haber una introducción involuntaria de nitratos, sulfatos u otros componentes de los compuestos de sal en el medio ambiente. El uso de nanopartículas de cobre en lugar de sales de cobre es una forma de evitar estos componentes de sal extraños. Las nanopartículas se pueden aplicar directamente rociando una solución sobre las hojas de la planta, en lugar de en el suelo que la rodea. Esto ayuda tanto a prevenir como a revertir la infección en algunos cultivos muy populares, como el café, el cacao, el té y las bananas.10 ¡Muy buenas noticias si bebes tanto café como yo!

Un estudio reciente de CSN (Borgatta et al. 201911, figura reimpresa con permiso de la American Chemical Society) encontró que las nanoláminas que contenían cobre suprimieron una enfermedad fúngica en la sandía en concentraciones más bajas que el óxido de cobre comercial.

Entonces resulta que el cobre es útil para algo más que acuñar centavos. Además de ser un nutriente esencial para el crecimiento bacteriano y vegetal, es capaz de inhibir infecciones bacterianas y fúngicas en algunas situaciones importantes. Su asombrosa capacidad para inducir la muerte por contacto lo convierte en un complemento valioso en la lucha para prevenir enfermedades. Desde hospitales hasta gimnasios e incluso restaurantes y los accesorios de cobre pueden ayudar a combatir el crecimiento bacteriano y la propagación de posibles enfermedades. Y en jardines y granjas puede ayudar a que las plantas crezcan bien y a combatir infecciones.

A pesar de estas increíbles aplicaciones, es importante recordar que el cobre es solo un complemento, no un sustituto, para mantener la limpieza y prevenir enfermedades. ¡Todos todavía necesitamos limpiar las áreas comunes y lavarnos las manos regularmente! Es un poco sorprendente cómo la sociedad dejó que este increíble metal se quedará en el camino en nuestro entusiasmo con el descubrimiento de los antibióticos. Afortunadamente, este metal está comenzando a reaparecer, y pronto, cuando se menciona el cobre, todo el mundo pensará tanto en la medicina como en las monedas.

Referencias

  1. The Copper Development Association. The Sumerians and Chaldeans. (n.d.)
  2. Sowder, A. Ancient Greek Bronze Vessels. In Heilbrunn Timeline of Art History. New York: The Metropolitan Museum of Art, 2000–. April 2008.
  3. Zeiger M, Solioz M, Edongué H, Arzt E, Schneider AS. Surface structure influences contact killing of bacteria by copper. Microbiologyopen. 2014;3(3):327–332. doi:10.1002/mbo3.170
  4. Grass G, Rensing C, Solioz M. Metallic copper as an antimicrobial surface. Applied Environmental Microbiology. 2010;77(5):1541–1547. doi:10.1128/AEM.02766-10
  5. Sun, L. The bacteria-fighting super element that’s making a comeback in hospitals: copper. The Washington Post, Sept 20, 2015.
  6. Agency for Toxic Substances and Disease Registry. Public Health Statement: Copper. CAS# 7440-50-8. Sept 2004.
  7. Usman, M. S., et al. Synthesis, characterization, and antimicrobial properties of copper nanoparticles. International Journal of Nanomedicine. 2013, 8, 4467. Doi: 10.2147/IJN.S50837
  8. CleanLink. Case Study: Ice Arena Reduces Risk Of MRSA, Other Bacteria With Antimicrobial Fixtures. Nov 14, 2004.
  9. Stone, A. & Baker, B. Organic Management of Late Blight of Potato and Tomato with Copper Products. eOrganic, March 18, 2010.
  10. Gianessi, L. & Williams, A. Without Fungicides, World Banana Exports Would Collapse. CropLife Foundation, August 2011.
  11. Borgatta, J., Ma, C., Hudson-Smith, N., Elmer, W., Plaza Pérez, C.D., De La Torre-Roche, R., Zuverza-Mena, N., Haynes, C.L., White, J.C. and Hamers, R.J., 2018. Copper Based Nanomaterials Suppress Root Fungal Disease in Watermelon (Citrullus lanatus): Role of Particle Morphology, Composition and Dissolution Behavior. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 6(11), 14847-14856. Doi: 10.1021/acssuschemeng.8b03379