ANN ARBOR, Michigan— Un equipo de investigadores en la Universidad de Michigan ha diseñado una herramienta de microescala que les ayuda a entender el comportamiento mecánico de las biopelículas, colonias viscosas de bacterias que están involucradas en la mayoría de las enfermedades infecciosas de los humanos.

La mayoría de las bacterias en la naturaleza toman la forma de biopelículas. Las bacterias son organismos unicelulares, pero rara vez viven solas, explicó John Younger, director asociado para investigación en el Departamento de Medicina de Emergencia del Sistema de Salud en la UM. Younger es coautor de un artículo sobre esta investigación que será nota de portada en la edición del 7 de julio de la revista Langmuir.

La nueva herramienta es un artefacto microfluídico, conocido también como “laboratorio en un microprocesador”. En un ejemplo de una aplicación novedosa de los microfluídicos, el aparato mide la resistencia de las biopelículas a la presión. Las biopelículas experimentan varios tipos de presión en la naturaleza y en el cuerpo cuando, por ejemplo, se escurren a través de los capilares y se adhieren a las superficies de los instrumentos médicos.

“Si uno quiere comprender las biopelículas y su ciclo de vida, debe considerarse su genética pero también sus propiedades mecánicas. Uno dede pensar en las biopelículas como materiales que responden a fuerzas, porque la forma en que viven en el ambiente depende de esa respuesta”, señaló Mike Solomon, profesor asociado de Ingeniería Mecánica y de Ingeniería y Ciencia Macromolecular, que es el autor principal del artículo.

Esas fuerzas mecánicas operan, también, cuando nuestro cuerpo se defiende contra esas colonias de bacterias, dijo Young.

“Pensamos que una gran parte de la defensa del anfitrión, en última instancia, consiste en algún tipo de fuerza física sobre estos materiales, desde acontecimientos tan comunes como el lavado de las manos y la tos hasta los procesos más misteriosos como su remoción del torrente sanguíneo durante una infección grave”, dijo. “Pueden estudiarse los patrones de expresión de genes tanto como usted guste, pero hasta que se sepa cuándo los materiales se doblan o se rompen, uno no sabrá realmente qué debe hacer el sistema de inmunidad, desde una perspectiva física, para combatir a este adversario”.

Los investigadores no han estudiado estas propiedades aún porque no ha habido una forma adecuada de examinar las biopelículas en escala apropiada.

El aparato microfluídico de la UM proporciona la escala adecuada. El microprocesador que tiene canales grabados y está hecho con un polímero flexible permite que los investigadores estudien muestras diminutas de entre 50 y 500 células bacteriales que forman biopelículas de 10 a 50 micrones de tamaño. Un micrón es una millonésima parte de un metro. Un cabello humano tiene un grosor de unos 100 micrones.

Esas muestras pequeñas se comportan en el artefacto como lo hacen en el cuerpo. Las herramientas que requieren muestras más grandes no siempre proporcionan una imagen acertada de la forma en que una sustancia particular se comporta en escalas menores.

Los investigadores encontraron que las biopelículas que estudiaron tenían una elasticidad mayor que la medida con métodos previos. También descubrieron una “respuesta de endurecimiento ante la presión”, lo cual significa que cuanta más presión aplicaron a las biopelículas mayor fue la resistencia presentada por los materiales.

Si los médicos y los ingenieros pueden obtener una mejor comprensión de la forma en que se comportan las biopelículas quizá podrían diseñar equipos médicos sobre los cuales las bacterias tengan mayores dificultades para adherirse, dijo Young.

Los experimentos se llevaron a cabo en colonias de of Staphylococcus epidermidis y Klebsiella pneumoniae, bacterias conocidas por las infecciones que causan en los hospitales.

El nuevo artefacto microfluídico también podría usarse para medir la resistencia de otros varios materiales blandos/sólidos en los productos para consumidores, y en los campos de la ciencia de los alimentos, los biomateriales y los fármacos.

El artículo se titula  “Flexible Microfluidic Device for Mechanical Property Characterization of Soft Viscoelastic Solids Such as Bacterial Biofilms”. El primer autor es Danial Hohne, un estudiante de doctorado, graduado recientemente en el Departamento de Ingeniería Química.

La investigación recibió fondos de los Institutos Nacionales de Salud, el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales, el Centro para Medicina y Biología Computacional y el Departamento de Medicina de Emergencia de la UM.

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