Un equip de recerca de l’IBEC ha desenvolupat el XpertBiofilm, un dispositiu senzill i de baix cost que reprodueix el flux (shear stress) que els bacteris troben al cos humà, com ara a la mucositat dels pulmons o a la sang. L’estudi demostra que, dins dels rangs estudiats, un flux més gran fa que el bacteri Pseudomonas aeruginosa formi biofilms més robustos, una troballa clau per reproduir al laboratori infeccions més semblants a les reals. La plataforma, validada amb mostres d’esput de pacients amb fibrosi quística, va predir correctament quin antibiòtic era eficaç en cada cas, un pas cap a proves de sensibilitat als antibiòtics més ràpides, eficients i personalitzades.
Els biofilms són comunitats microbianes complexes que s’adhereixen a una superfície i s’envolten en una matriu viscosa que produeixen ells mateixos. Aquesta estructura protegeix els bacteris dels antibiòtics i del sistema immunitari molt millor que si visquessin de forma lliure, la qual cosa els converteix en una de les causes més freqüents d’infeccions cròniques difícils de tractar, com les infeccions respiratòries en persones amb fibrosi quística i malaltia pulmonar obstructiva crònica (MPOC), les ferides cròniques o les infeccions associades a catèters i pròtesis. A això s’hi suma l’augment global de la resistència als antibiòtics, la qual cosa fa cada vegada més urgent disposar d’eines capaces de predir quin tractament funcionarà en cada cas.
Un equip de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) ha desenvolupat el XpertBiofilm, un dispositiu senzill i accessible que permet fer créixer biofilms sota un flux de líquid continu i controlat, similar al que els bacteris troben al cos humà —per exemple, a la mucositat dels pulmons, la sang o l’orina—. L’estudi, publicat a la revista Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, ha estat liderat per Eduard Torrents, investigador principal del grup d’Infeccions Bacterianes i Teràpies Antimicrobianes i professor agregat de la Universitat de Barcelona, juntament amb Núria Blanco-Cabra, investigadora del mateix grup i primera autora de l’estudi.
La majoria de sistemes de laboratori utilitzats per estudiar com es formen els biofilms es basen en plaques estàtiques, on el medi de cultiu no es mou. Tanmateix, a l’organisme els bacteris gairebé mai no creixen en un ambient immòbil: el flux de sang, moc o altres fluids genera de forma constant una fricció sobre les superfícies coneguda com a estrès de cisalla o shear stress. Fent un símil, l’estrès de cisalla seria semblant al que pateix una pedra al llit d’un riu: en aigua estancada gairebé no pateix cap fricció, però si l’aigua flueix amb força, aquesta mateixa pedra rep un arrossegament i una fricció constants. Això és el que analitzen en aquest treball, a escala microscòpica: l’estrès de cisalla que un líquid en moviment exerceix sobre qualsevol superfície amb què entra en contacte, inclosa aquella on s’adhereixen els bacteris.
Actualment existeixen dispositius capaços de reproduir aquest flux de forma controlada, però solen ser complexos, cars i requereixen microscòpia especialitzada i personal amb formació tècnica avançada per analitzar-ne els resultats, cosa que en limita l’ús.
El flux, un factor clau en la formació de biofilms
Per superar aquesta limitació, l’equip va dissenyar i optimitzar la geometria de la cambra de creixement del XpertBiofilm fins a aconseguir un flux homogeni i un estrès de cisalla controlat sobre una petita peça extraïble (un cobreobjectes rodó) on es forma el biofilm. Un cop crescut el biofilm, aquesta peça es pot analitzar directament amb un lector de microplaques, sense necessitat de microscopis especialitzats, cosa que permet una observació més accessible i optimitzada.
Aquesta troballa és especialment rellevant en el context de la fibrosi quística i la MPOC, malalties pulmonars cròniques en què el moc és més espès i viscós del que és habitual, i que sovint es compliquen amb infeccions per biofilms de Pseudomonas aeruginosa. Als pulmons d’aquestes persones, l’estrès de cisalla és molt per sota dels nivells d’un pulmó sa (uns 80 mPa) o dels que genera la tos (fins a 170.000 mPa). El rang de flux que el XpertBiofilm és capaç de reproduir al laboratori —de 0,02 a 0,9 mPa— coincideix amb aquest entorn de baix estrès de cisalla, cosa que els mateixos autors destaquen com a suport de la rellevància clínica del dispositiu per modelar infeccions pulmonars en fibrosi quística.
Precisament dins d’aquest rang baix de flux, l’equip va demostrar que com més gran és aquest, més biomassa de biofilm forma P. aeruginosa —un patogen oportunista molt habitual també en ferides cròniques i infeccions associades a dispositius mèdics—. Segons els autors, aquest resultat ajuda a entendre per què els bacteris aconsegueixen adherir-se amb força a les vies respiratòries en el cas de la fibrosi quística, i per què, en haver-hi un estrès de cisalla tan baix, en aquests pacients la capacitat de les vies respiratòries per arrossegar i eliminar els bacteris es veu molt reduïda, cosa que dona lloc a infeccions cròniques.
“Reproduir al laboratori les condicions de flux que els bacteris troben realment al cos en el context d’una malaltia és clau per entendre com es formen els biofilms i, sobretot, per predir millor si un antibiòtic funcionarà o no. El XpertBiofilm ens permet fer-ho amb un equip senzill i accessible, sense dependre de microscòpia especialitzada“, explica Eduard Torrents, qui també és membre d’ICREA Academia.
“Reproduir al laboratori les condicions de flux que els bacteris troben realment al cos en el context d’una malaltia és clau per entendre com es formen els biofilms i, sobretot, per predir millor si un antibiòtic funcionarà o no. El XpertBiofilm ens permet fer-ho amb un equip senzill i accessible, sense dependre de microscòpia especialitzada.“
Eduard Torrents
Un pas cap a proves d’antibiòtics més ràpides i personalitzades
A més d’estudiar com es forma el biofilm, l’equip va comprovar que el XpertBiofilm permet avaluar si un antibiòtic determinat és eficaç davant d’un biofilm ja format amb soques de P. aeruginosa amb perfils de resistència diferents i coneguts, i es va demostrar que el dispositiu detectava correctament la resposta esperada a l’antibiòtic utilitzat.
A continuació, l’equip va fer un pas més: va utilitzar directament mostres d’esput de pacients amb fibrosi quística, sense necessitat d’aïllar prèviament una única soca bacteriana al laboratori. En tots dos casos, la plataforma va predir correctament quin antibiòtic era més eficaç i quin no, d’acord amb el perfil de resistència ja conegut de cada mostra, i va permetre ajustar la teràpia microbiana més adequada.
“Poder formar i analitzar un biofilm directament a partir d’una mostra d’esput, sense necessitat de cultius previs, obre la porta a proves de sensibilitat als antibiòtics més ràpides i ajustades a cada pacient, cosa especialment rellevant en infeccions cròniques com les de la fibrosi quística“, assenyala Núria Blanco-Cabra, primera autora de l’estudi.
“Poder formar i analitzar un biofilm directament a partir d’una mostra d’esput, sense necessitat de cultius previs, obre la porta a proves de sensibilitat als antibiòtics més ràpides i ajustades a cada pacient, cosa especialment rellevant en infeccions cròniques com les de la fibrosi quística.”
Núria Blanco-Cabra.
Propers passos
Tot i que els resultats són molt esperançadors, els mateixos autors de l’estudi assenyalen que es tracta d’una validació al laboratori, feta amb un nombre limitat de soques bacterianes i de mostres de pacients, per la qual cosa el pas següent serà ampliar les proves a un nombre més gran de mostres clíniques i d’espècies bacterianes abans de confirmar-ne la utilitat en la pràctica clínica habitual.
El XpertBiofilm no substitueix, de moment, els mètodes de diagnòstic microbiològic ja establerts als hospitals, sinó que es planteja com una eina complementària que, en el futur, podria ajudar el personal clínic a triar amb més rapidesa el tractament antibiòtic més adequat de manera personalitzada per a cada pacient.
Article de referència
Núria Blanco-Cabra, José Huguet, Josep Samitier, Romén Rodríguez-Trujillo, Eduard Torrents. A simple diagnostic platform reveals shear stress as critical in biofilm development. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 268 (2026), 116013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2026.116013
