Un aparato que simula el flujo sanguíneo proporciona evidencias de cómo empiezan las infecciones del torrente sanguíneo

ANN ARBOR, Michigan.— Una nueva investigación puede contribuir a explicar por qué cada año cientos de miles de personas en Estados Unidos se enferman —y decenas de miles mueren— después que entran bacterias en su torrente sanguíneo. Asimismo sugiere por qué algunas de esas infecciones del torrente sanguíneo resisten el tratamiento aún con los antibióticos más poderosos.

En un nuevo artículo que publica la revista Journal of Infectious Diseases, un equipo de investigadores de la Universidad de Michigan demuestra que las bacterias pueden formar grumos resistentes a los antibióticos en muy poco tiempo, aún en un líquido fluyente como la sangre.

Los investigadores hicieron su descubrimiento mediante un aparato especial que construyeron para que simulara la turbulencia y las fuerzas del flujo de sangre, y al cual añadieron una cepa de bacterias que es causa común de las infecciones del torrente sanguíneo.

En apenas dos horas se formaron acumulaciones o grumos de diez a veinte bacterias en el líquido en flujo, aproximadamente el mismo tiempo que toma para que los pacientes humanos desarrollen las infecciones.

Los investigadores también demostraron que estos grumos se forman solamente cuando están presentes ciertas moléculas pegajosas de carbohidratos en la superficie de la bacteria. Los grumos persistieron aún cuando se agregaron dos tipos diferentes de antibióticos, lo cual indica que el mantenerse agrupadas protege a las bacterias flotantes contra los efectos de los medicamentos.

Cuando los investigadores inyectaron los grumos en ratones las acumulaciones de bacteria se mantuvieron intactas aún después de completar muchas travesías del torrente sanguíneo. Los grumos, del tamaño aproximado de una célula roja de la sangre, al parecer sobrevivieron a la filtración que, normalmente, ocurre en los vasos sanguíneos más pequeños y que defiende al cuerpo contra los invasores.

“Este trabajo demuestra que si uno deja que los patógenos bacteriales crezcan en ambientes de fluido dinámicos como los que encuentran en el torrente sanguíneo, ellos empiezan a tomar las características que uno ve en los pacientes”, dijo John Younger, autor senior del artículo y director del equipo de médicos, ingenieros y matemáticos que ha estudiado los orígenes de las infecciones del torrente sanguíneo durante años. “El asunto fue cultivar las bacterias en las condiciones físicas que, mecánicamente, ‘se sienten’ como el movimiento de la sangre en flujo”.

Younger, profesor en el Departamento de Medicina de Emergencia en la Escuela de Medicina de la UM, ve abundantes infecciones del torrente sanguíneo en los pacientes que trata en el Departamento de Emergencias del Sistema de Salud de la UM (UMHS por su sigla en inglés). El personal del UMHS, al igual que el de todos los hospitales, clínicas y residencias para ancianos, trabaja denodadamente para prevenir y tratar tales infecciones.

Algunas infecciones del torrente sanguíneo comienzan con tajos y heridas pero también como resultado de cosas tales como una cepillada vigorosa de los dientes y las encías. Otras pueden proceder de los tubos de inyección intravenosa que usan los hospitales y algunas clínicas en el tratamiento de pacientes.

La mayoría de las personas combate tales infecciones con su inmunidad natural. Pero las personas ancianas, los pacientes con cáncer, los pacientes en diálisis y quienes han tenido una operación quirúrgica o han sufrido heridas graves son mucho más propensos a desarrollar infecciones agresivas.

Las probabilidades de una infección grave aumentan cuando alguien está expuesto a una fuente de infección, como un catéter de tubería central, que permanece en el sitio por días o semanas lo cual da a decenas de miles de bacterias la vía para ingresar al torrente sanguíneo. La sepsis, que mata a decenas de miles de personas cada año, puede ocurrir cuando una respuesta inflamatoria exagerada a la infección del torrente sanguíneo causa daños y fallas de los órganos.

En su laboratorio del Complejo de Investigación del Campus Norte de la UM, el equipo de Younger estudia por qué las bacterias pueden sobrevivir y aún prosperan a pesar del vapuleo que soportan en el torrente sanguíneo. Su trabajo está financiado por los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencia.

A lo largo de la última década estos investigadores han creado avanzados modelos matemáticos de la dinámica de fluidos en el torrente sanguíneo y las condiciones necesarias para la promoción del crecimiento de las bacterias. Han probado estos modelos usando tipos diferentes de contenedores y métodos que simulan las condiciones del torrente sanguíneo.

El biorreactor usado para obtener los resultados más recientes se denomina célula Taylor-Couette y usa cilindros concéntricos, uno de los cuales responde a un motor. Los investigadores añadieron un medio líquido de crecimiento al reactor y luego controlaron cuidadosamente la rotación para producir remolinos en el líquido que son similares a los de la sangre. Después añadieron bacterias Klebsiella pneumoniae, la cual es una de las fuentes más comunes de infección del torrente sanguíneo. Los científicos probaron dos antibióticos que los médicos a menudo prescriben contra la sepsis. ceftriaxona y ciprofloxacina. Ninguno fue eficaz para matar a las bacterias agrumadas.

“Cuanto más uno pueda reproducir lo que las bacterias experimentan cuando están en los pacientes, más entiende uno lo que ellas hacen y por qué pueden causar una infección abrumadora en todo un organismo”, dijo Younger. “Una vez que sabemos cómo se comportan podemos trabajar de manera inteligente sobre la forma de filtrarlas eficazmente y sacarlas del torrente sanguíneo”.

Los autores del estudio incluyen a la autora primera e investigadora asociada Margaret M. Thornton, y Charlene B. Irvin, disertante clínica en Medicina de Emergencia de la UM; Hangyul M. Chung-Esaki, quien ahora está en la Universidad de California, San Francisco; David M. Bortz del programa de matemáticas aplicada de la Universidad de Colorado en Boulder, y Michael J. Solomon del departamento de ingeniería química en el Colegio de Ingeniería de la UM.

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