La Universidad de Toronto describe cómo los dispositivos médicos implantables doblados pueden provocar el crecimiento bacteriano

Un estudio realizado por investigadores de la Facultad de Ciencias Aplicadas e Ingeniería de la Universidad de Toronto muestra que la deformación mecánica de los materiales médicamente implantables, como doblarlos o torcerlos, puede tener un gran impacto en la formación de biopelículas potencialmente dañinas. El estudio, descrito en un artículo publicado en Scientific Reports, muestra que incluso una ligera flexión de materiales elastoméricos como el polidimetilsiloxano (PDMS), también conocido como silicona, abre grietas microscópicas que son entornos perfectos para la colonización de bacterias". Este tipo de materiales se utilizan en todo tipo de aplicaciones biomédicas. , desde catéteres hasta tubos traqueales e implantes mamarios protésicos", dice Ben Hatton, profesor asociado en el departamento de ciencia e ingeniería de materiales de la facultad y autor principal del nuevo estudio. "La formación de biopelículas microbianas en estos materiales es común, pero se sorprendieron por el grado en que doblar la silicona y otros materiales de goma hace que estas grietas se abran y cierren de forma reversible, y la gran diferencia que marcan en términos de formación de biopelículas". Las biopelículas son comunidades complejas de organismos que crecen en las superficies. Si bien las células microbianas individuales son susceptibles tanto a los antibióticos como a los sistemas defensivos naturales del cuerpo, el entorno de la biopelícula puede protegerlas de estas intervenciones, lo que puede provocar infecciones persistentes. Las infecciones asociadas con las biopelículas de dispositivos médicos, que a veces se desarrollan después de la cirugía, pueden ser graves Riesgos para la salud: alargar las estancias en el hospital o hacer que los pacientes que han sido dados de alta sean readmitidos. Hatton y su equipo se encuentran entre muchos grupos en todo el mundo que desarrollan nuevos materiales, recubrimientos y otros enfoques para prevenir la formación de biopelículas que pueden provocar este tipo de infecciones. .""Pero en su último trabajo, eligieron estudiar algo más fundamental: ¿Cómo consiguen estos organismos microbianos colonizadores un punto de apoyo en primer lugar?"En parte, esto surge del enfoque multidisciplinario que tomamos en nuestro grupo", Hatton dice." Estamos combinando la microbiología y la ciencia de los materiales, pero también la ingeniería mecánica, porque estamos hablando de estrés mecánico, tensión y deformación. Este efecto de flexión es algo que no se había notado antes". El equipo probó varias muestras de silicona, incluidas algunas que ellos mismos sintetizaron, así como tubos médicos de grado comercial utilizados para catéteres urinarios. Luego sometieron estas muestras a fuerzas mecánicas para crear una superficie. Sus experimentos demostraron que las microfisuras se pueden formar muy fácilmente. autor principal del artículo, que fue coescrito por los investigadores Dalal Asker y Tarek Awad de Hatton Lab. "Incluso esta limpieza fue suficiente para crear daños en la superficie. A simple vista todavía se ve bien, pero bajo el microscopio, ya pudimos ver microfisuras del tamaño en el que podrían entrar bacterias. Las bacterias tienen solo unos pocos micrómetros de tamaño, por lo que no se necesita mucho". Se presionaron otras muestras con un patrón rugoso y estriado para crear una serie de microfisuras espaciadas regularmente. Luego, todas las muestras se colocaron en una placa de cultivo bacteriano y se sembraron. con Pseudomonas aeruginosa, una bacteria formadora de biopelículas comúnmente utilizada como organismo modelo en este tipo de estudios. Después del crecimiento, las muestras se trataron con un tinte fluorescente, lo que provocó que cualquier bacteria adherida brillara de color verde bajo un microscopio óptico". que las bacterias claramente preferían adherirse a estas grietas microscópicas", dice van den Berg. "En las muestras dobladas, había de cuatro a cinco veces más bacterias en el lado que estaba en tensión que en el lado que estaba en compresión. Estas células tienen total elección sobre dónde crecer, pero claramente les encanta el lado donde se abren todas estas microfisuras". Las únicas muestras que permanecieron relativamente libres de bacterias fueron las que se sintetizaron en el propio laboratorio del equipo y, extremadamente suave, señala van den Berg. "Incluso los producidos comercialmente que no dañamos de ninguna manera ya tenían microfisuras, directamente del paquete", dice. "Sospechamos que estos se introducen a través del proceso de fabricación , que surge de la forma en que el plástico se forma en tubos u otras formas por extrusión o moldeo por inyección". Hatton dice que el estudio subraya cuán fácil es introducir características superficiales que fomentan la unión microbiana. Para los cirujanos, una implicación es que deben tenga cuidado con las situaciones en las que los dispositivos de silicona, como los tubos o los implantes protésicos, se doblen durante el uso y preste especial atención al lado bajo tensión, ya que aquí es donde podrían comenzar las infecciones". Obviamente, es difícil simplemente no doblar un tubo de goma que está destinado a doblarse; de ​​lo contrario, ¿por qué lo harías de goma en primer lugar?", dice Hatton. "Pero quizás podamos aprender más sobre cómo controlar u ocultar estas grietas superficiales, para que la un problema. En eso es en lo que estamos trabajando ahora: investigando métodos para reducir el daño superficial o modificando la superficie de silicona para reducir la formación de tales grietas". El estudio fue financiado por la Fundación Canadiense para la Innovación, la cátedra Percy Edward Hart de la Universidad Toronto, New Frontiers in Research Fund y Connaught Foundation.