Avance en el comportamiento bacteriano mejora la prevención de infecciones en dispositivos biomédicos

Las infecciones bacterianas siguen siendo una amenaza global creciente, especialmente en entornos confinados como el tracto urinario, los pulmones y dispositivos médicos como catéteres. El pensamiento convencional sugiere que un flujo de fluidos intenso debería eliminar los patógenos, reduciendo así el riesgo de infección. Sin embargo, en la práctica clínica, las infecciones suelen propagarse rápidamente aguas arriba, lo que provoca complicaciones graves. Ahora, una nueva investigación muestra que las corrientes fuertes pueden, de hecho, acelerar la invasión bacteriana, permitiendo que los microbios alcancen sitios aguas arriba en cuestión de minutos y establezcan infecciones que se diseminan mucho más rápido de lo que se pensaba.

En el estudio dirigido por la Universidad de Pensilvania (Filadelfia, PA, EUA), investigadores fabricaron tubos multicanal a escala nanométrica diseñados para imitar los entornos de fluidos confinados presentes en el cuerpo humano y en dispositivos médicos. Utilizando la bacteria Escherichia coli, el equipo analizó cómo los patógenos se desplazan por estos canales bajo distintas intensidades de flujo, geometrías y formas de superficie. Se rastrearon miles de trayectorias bacterianas y se combinaron con simulaciones y modelos matemáticos para cuantificar el movimiento ascendente y la dinámica de colonización.

Los investigadores variaron de forma sistemática el ancho de los canales, la velocidad del flujo y la geometría de las esquinas para comprender cómo cada factor influye en la migración bacteriana. Se compararon superficies lisas y redondeadas que se asemejan al tejido humano con diseños de ángulos pronunciados para evaluar cómo la estructura física afecta el movimiento bacteriano. Este enfoque permitió calcular el flujo bacteriano, definido como el número total de células que se desplazan en sentido ascendente a lo largo del tiempo, en diferentes configuraciones y condiciones ambientales.

Los resultados, publicados en Cell Newton, revelaron que el flujo intenso de fluidos no obstaculiza las bacterias como se esperaba. En cambio, las corrientes rápidas actúan como guías, alineando a las bacterias y permitiendo una rápida migración río arriba. Las primeras células alcanzaron los sitios aguas arriba en minutos, iniciando una invasión bidireccional que aceleró la colonización aproximadamente tres veces en comparación con aguas estancadas. Por el contrario, los diseños de canales afilados y angulares interrumpieron la alineación y el movimiento de las bacterias, reduciendo drásticamente la migración río arriba y, en algunos casos, eliminando casi por completo la contaminación.

Desde el punto de vista clínico, estos hallazgos sugieren que las infecciones del tracto inferior pueden indicar una colonización rápida y no detectada en órganos superiores, como los riñones. Desde una perspectiva preventiva, el rediseño de dispositivos médicos delgados con esquinas afiladas y curvas complejas podría reducir significativamente el riesgo de infección sin sacrificar la comodidad del paciente. Además del control de infecciones, el estudio ofrece un modelo para la biomimética. Los mismos mecanismos que utilizan las bacterias para navegar contracorriente podrían inspirar microrrobots capaces de nadar contracorriente a través de sistemas de fluidos complejos para administrar terapias dirigidas.

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Universidad de Pensilvania