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Las infecciones bacterianas se han convertido en uno de los mayores problemas de salud en todo el mundo, y un estudio reciente muestra que los pacientes con COVID-19 tienen muchas más posibilidades de contraer infecciones bacterianas secundarias, lo que aumenta significativamente la tasa de mortalidad.
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Sin embargo, combatir las infecciones no es una tarea fácil. Cuando se prescriben antibióticos de forma descuidada y excesiva, esto lleva a la rápida aparición y propagación de genes resistentes a los antibióticos en las bacterias - creando un problema aún mayor. Según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades, cada año se producen 2,8 millones de infecciones resistentes a los antibióticos en los EE.UU., y más de 35.000 personas mueren a causa de ellas.
Un factor que frena la lucha contra las bacterias resistentes a los antibióticos es la cantidad de tiempo que se necesita para comprobar su existencia. El método convencional utiliza bacterias extraídas de un paciente y compara cultivos de laboratorio cultivados con y sin antibióticos, pero los resultados pueden tardar de uno a dos días, lo que aumenta la tasa de mortalidad, la duración de la estancia en el hospital y el costo general de la atención.
Profesor Asociado Seokheun "Sean" Choi - un miembro de la facultad del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Binghamton en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Thomas J. Watson - está investigando una forma más rápida de probar la resistencia a los antibióticos de las bacterias.
"Para tratar eficazmente las infecciones, necesitamos seleccionar los antibióticos adecuados con la dosis exacta para la duración apropiada", dijo. "Es necesario desarrollar un método de prueba de susceptibilidad a los antibióticos y ofrecer pautas efectivas para tratar estas infecciones"
En los últimos años, Choi ha desarrollado varios proyectos que cruzan la "papertrónica" con la biología, como uno que desarrolló biobaterías utilizando el sudor humano.
Esta nueva investigación - titulada "Un método simple, barato y rápido para evaluar la eficacia de los antibióticos contra las bacterias exoelectrogénicas" y publicada en el número de noviembre de la revista Biosensores y Bioelectrónica - se basa en los mismos principios que las baterías: La transferencia de electrones de las bacterias, un proceso químico que ciertos microorganismos utilizan para el crecimiento, el mantenimiento general de las células y el intercambio de información con los microorganismos circundantes.
"Aprovechamos este evento bioquímico para una nueva técnica para evaluar la eficacia de los antibióticos contra las bacterias sin controlar todo el crecimiento bacteriano", dijo Choi. "Por lo que sé, somos los primeros en demostrar esta técnica de manera rápida y de alto rendimiento usando papel como sustrato"
Trabajando con los estudiantes de doctorado Yang Gao (que obtuvo su título en mayo y ahora trabaja como investigador posdoctoral en la Universidad de Texas en Austin), Jihyun Ryu y Lin Liu, Choi desarrolló un dispositivo de prueba que monitoriza continuamente la transferencia de electrones extracelulares de las bacterias.
Un equipo médico extraería una muestra de un paciente, inocularía a la bacteria con varios antibióticos durante unas horas y luego mediría la tasa de transferencia de electrones. Una tasa menor significaría que los antibióticos están funcionando.
"La hipótesis es que la exposición a los antivirales podría causar suficiente inhibición a la transferencia de electrones de la bacteria, por lo que la lectura del dispositivo sería lo suficientemente sensible como para mostrar pequeñas variaciones en la producción eléctrica causadas por los cambios en la eficacia de los antibióticos", dijo Choi.
El dispositivo podría proporcionar resultados sobre la resistencia a los antibióticos en sólo cinco horas, lo que serviría como un importante instrumento de diagnóstico en el punto de atención, especialmente en zonas con recursos limitados.
El prototipo -construido en parte con fondos de la Fundación Nacional de Ciencias y la Oficina de Investigación Naval de los Estados Unidos- tiene ocho sensores impresos en su superficie de papel, pero eso podría ampliarse a 64 o 96 sensores si los profesionales médicos quisieran construir otras pruebas en el dispositivo.
