La capacidad de las bacterias para volverse resistentes a los antibióticos es un problema creciente en la atención médica: las cepas resistentes provocan enfermedades prolongadas y tasas de mortalidad más altas.
Una forma de combatir esto es determinar la resistencia a los antibióticos de las bacterias en un paciente determinado, pero eso a menudo lleva días, y el tiempo es crucial en el tratamiento. Los científicos de ASU han desarrollado una técnica que puede separar las bacterias resistentes a los antibióticos de las bacterias "susceptibles",y sucede en cuestión de minutos
La tecnología microfluídica, desarrollada en el laboratorio del profesor Mark Hayes en el Departamento de Química y Bioquímica de la Universidad Estatal de Arizona, utiliza gradientes de campo eléctrico a microescala, que actúan sobre muestras extremadamente pequeñas, para diferenciar entre las dos cepas resistentes a los antibióticosy susceptibles a antibióticos de estafilococo epidermidis .
Es parte de un enfoque cambiante para las bacterias.
Después de un enfoque de "mazo" de varias décadas, centrado en matar todas las bacterias a través de jabones, detergentes, antibióticos y desinfectantes para manos, los científicos ahora se están moviendo a métodos más sutiles basados en una mejor comprensión del complejo sistema bacteriano en nuestros cuerpos y en elmundo que nos rodea.
El humano promedio tiene más de 100 billones de microbios en y sobre su cuerpo. Eso es nueve veces la cantidad de células que componen todo el cuerpo humano. Los ejércitos de bacterias se colaron en nuestros cuerpos en el momento en que nacemos, sin invitación pero necesariosinvitados. No podemos prescindir de ellos.
Las bacterias tienen, por evolución, la capacidad de adoptar rápidamente alteraciones genómicas beneficiosas. Un tipo de adaptación es la resistencia a los antibióticos, y esto se está convirtiendo en un gran problema mundial.
Los datos resumidos nacionales de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades indican que cada año en los Estados Unidos, al menos 2 millones de personas adquieren infecciones graves con cepas de bacterias resistentes a los antibióticos. Al menos 23,000 personas mueren como resultado directo de estas infecciones, y muchos más mueren por complicaciones relacionadas.
No solo los humanos están amenazados por esta adaptación creciente. Un estudio reportado en ciencia la semana pasada, una gran variedad de vida silvestre africana alberga microbios resistentes a las drogas similares a los que se encuentran en humanos que viven en aldeas cercanas.
La adaptación a la resistencia a los antibióticos es un fenómeno natural. Cuando se usa un antibiótico, las bacterias que pueden resistir ese antibiótico obviamente tienen una mayor probabilidad de supervivencia que las que son susceptibles, por lo que la resistencia pasa a la próxima generación.
Algunas de las cepas y especies resistentes a antibióticos más notorias pertenecen al género estafilococo . Por lo general, se clasifican como patógenos o no patógenos según la producción de la enzima coagulasa. estafilococo epidermidis no produce coagulasa, y generalmente es menos invasivo que Staphylococcus aureus . De hecho, es un residente normal y comensal de la piel humana.
Sin embargo, en las últimas décadas estafilococo epidermidis ha surgido cada vez más como una causa de infecciones multirresistentes adquiridas en el hospital. Los pacientes inmunocomprometidos, los dispositivos médicos permanentes y las prótesis implantadas quirúrgicamente proporcionan entornos adecuados para estafilococo epidermidis para propagarse y formar biopelículas.
Aquí es donde comenzó el proyecto, en colaboración con el cirujano ortopédico Dr. Alex McLaren y el miembro de su equipo y bioingeniero Dr. Ryan McLemore del Centro Médico Banner Good Samaritan, Phoenix, junto con el Dr. Mark Spangehl del Colegio Clínico Mayo deMedicina, Arizona.
según la mayoría de las métricas, las cepas resistentes a antibióticos y susceptibles de estafilococo epidermidis son fenotípicamente idénticos y, por lo tanto, presentan un desafío importante para las técnicas de separación analítica tradicionales. Aquí es donde la tecnología ASU está encontrando su lugar.
Los enfoques clínicos actuales para la determinación de la resistencia a los antibióticos a menudo requieren dos o más días para obtener resultados. Por lo general, dependen del tratamiento de la bacteria con antibióticos y luego de observar los patrones de crecimiento de las colonias. Los tiempos de respuesta largos conducen a una mayor dependencia de los antimicrobianos de amplio espectrogeneralmente conducen a resultados subóptimos para los pacientes incluido el aumento de las tasas de mortalidad.
Los científicos del grupo Hayes del Departamento de Química y Bioquímica de la ASU, que pronto se convertirá en la Facultad de Ciencias Moleculares, están habilitando un dispositivo portátil que funciona con baterías y que puede ofrecer respuestas en minutos, en lugar de días.
La identificación se lleva a cabo dentro de un canal microscópicamente pequeño en un chip hecho de vidrio y polímero de silicona. El microcanal presenta formas de dientes de sierra que permiten a los investigadores clasificar y concentrar microbios en función de sus propiedades eléctricas únicas.
El fenómeno que hace que esto funcione se llama dielectroforesis, que implica un voltaje aplicado que ejerce fuerza sobre las bacterias. Esta fuerza actúa como un clasificador de monedas, haciendo que las bacterias queden atrapadas en diferentes puntos a lo largo del canal.a qué voltaje depende de sus propiedades moleculares y eléctricas.
Utilizando este enfoque, el equipo de Hayes, incluidos los estudiantes graduados Paul V. Jones y Shannon Huey Hilton, ha separado bacterias extremadamente similares: bacterias resistentes y susceptibles a la gentamicina antibiótico. Sus resultados se han publicado recientemente en la revista Analista .
"Lo importante para el paciente y el médico es obtener la respuesta correcta de inmediato. Al avanzar en un área fundamental de la ciencia, podemos crear una forma completamente nueva de diferenciar estos microorganismos", dijo Hayes.
"Y resulta que tenemos un mecanismo central que podría integrarse con los teléfonos inteligentes y distribuirse de manera amplia y económica. Francamente, solo esperábamos que esta estrategia pudiera funcionar tan bien, aunque nuestros cálculos teóricos sugieren que podría"
Los investigadores marcaron con fluorescencia las dos cepas cada una con un tinte diferente de estafilococo epidermidis para que puedan distinguirse visualmente durante el proceso de separación. Inyectaron las celdas en cada canal y simplemente aplicaron voltaje para conducir las celdas aguas abajo. Las características geométricas del canal dan forma al campo eléctrico, creando regiones de diferente intensidad. Este campocrea la fuerza dielectroforética que permite el paso de algunas células, mientras atrapa a otras en función de su fenotipo.
Esta separación tiene implicaciones potenciales significativas para la atención de la salud, ya que la detección rápida y temprana mejorará significativamente los resultados terapéuticos. Los resultados actuales establecen una base para las separaciones biofísicas como una herramienta de diagnóstico directo, lo que puede mejorar casi todas las figuras de mérito para el diagnóstico y la administración de antibióticos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Arizona . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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