El 80% de las infecciones crónicas se asocian al crecimiento de biofilms o biopelículas. Se trata de comunidades bacterianas de distintas especies que se forman y viven en superficies de tejidos vivos o inertes. Este tipo de infecciones son complejas, difíciles de tratar y suelen perdurar por un largo periodo de tiempo, ya que los biofilms están embebidos en una matriz que protege las bacterias de los tratamientos antimicrobianos y del sistema inmune, convirtiéndose así mucho más resistentes a los antibióticos.
A pesar de la importancia clínica de las infecciones producidas por biofilms, aún no se ha descrito un método simple y efectivo para diagnosticar su susceptibilidad a antibióticos y evaluar nuevas estrategias para su control y erradicación.
Ahora, investigadores del Instituto de Bioingeniería de Catalunya (IBEC), liderados por Eduard Torrents, investigador principal del grupo “Infecciones bacterianas y terapias antimicrobianas” y profesor de la Universidad de Barcelona (UB), en colaboración con Josep Samitier, investigador principal del grupo “Nanobioingeniería” del IBEC, y Maite Martin, del Hospital Universitario Vall d’Hebron en Barcelona, han desarrollado un novedoso dispositivo, denominado BiofilmChip, que permite un diagnóstico personalizado y preciso de las infecciones crónicas. Este trabajo ha sido publicado recientemente en la revista del grupo Nature, Biofilms and Microbiomes, y cuenta con el apoyo de la Fundación “la Caixa” para su desarrollo..
Este nuevo dispositivo permitirá hacer crecer biofilms en el laboratorio reproduciendo las condiciones que ocurren durante el proceso de infección. Así, se podrá determinar su patrón de resistencia y sensibilidad a diferentes antibióticos e identificar el tratamiento más adecuado, incluso de forma personalizada a cada paciente.
El BiofilmChip abre las puertas al estudio y tratamiento de biofilms, tanto en infecciones crónicas como la fibrosis quística e infecciones pulmonares o urinarias, como en ámbitos relacionados con las contaminaciones de material hospitalario (catéteres, válvulas cardíacas y prótesis) o en la industria alimentaria (superficies y planos de trabajo).
BiofilmChip: una nueva forma de luchar contra las infecciones producidas por biofilms
El mal uso de los antibióticos sumado a las infecciones crónicas producidas por biofilms, está llevando a un aumento de las resistencias bacterianas. Hasta la fecha no se ha descrito ningún antibiótico capaz de erradicar los biofilms, entre otras cosas por la falta de un sistema in vitro realmente efectivo que permita la investigación y el desarrollo de nuevas moléculas antibiofilm.
El BiofilmChip permite el cultivo del biofilm como tal, con toda la comunidad bacteriana que lo compone, a diferencia de los métodos clásicos de microbiología donde se cultivan las bacterias por separado en placas individuales. Este punto es crucial, ya que las bacterias presentan susceptibilidades muy distintas al mismo antibiótico si se encuentran aisladas o formando parte de un biofilm.
Nuestro BiofilmChip permite evaluar la acción de diferentes antibióticos directamente sobre un biofilm, aproximándose mucho más a lo que ocurre en infecciones reales.
Núria Blanco-Cabra, coautora principal del estudio
En colaboración con el Hospital Vall d’Hebron, los investigadores han hecho crecer en el BiofilmChip las bacterias contenidas en muestras de esputo de pacientes con fibrosis quística. El BiofilmChip es una plataforma de microfluídica que permite llevar al biofilm no solo los nutrientes y compuestos necesarios para su crecimiento, sino también los diferentes antibióticos que se quieran analizar.
En este dispositivo se ha integrado un electrodo que permite determinar el crecimiento bacteriano y la respuesta del biofilm a un antibiótico o tratamiento, mediante la detección de parámetros eléctricos (impedancia). Al mismo tiempo, el dispositivo permite la observación del biofilm al microscopio sin previa manipulación. La utilización del BiofilmChip es simple y no requiere una infraestructura compleja para su funcionamiento, de modo que se podría emplear de forma rutinaria en los laboratorios de microbiología clínica o en la industria.
Los resultados que obtuvimos con el BiofilmChip demuestran que es una herramienta muy útil para determinar la susceptibilidad de biofilms a antibióticos y que se podría implementar fácilmente en los hospitales.
Maria José López-Martínez, coautora principal del estudio
Artículo de referencia:
Núria Blanco-Cabra, Maria José López-Martínez, Betsy Verónica Arévalo-Jaimes, María Teresa Martin-Gómez, Josep Samitier, Eduard Torrents. A new BiofilmChip device for testing biofilm formation and antibiotic susceptibility. npj Biofilms and Microbiomes (2021) 7:62.
