Sensores nanomecánicos detectan resistencia a los antibióticos

Las oscilaciones de los voladizos altamente sensibles de un microscopio de potencia atómica se pueden utilizar para detectar bajas concentraciones de bacterias y analizar cuantitativamente su respuesta a los antibióticos en cuestión de minutos.

Los métodos actuales para saber si una bacteria está respondiendo al tratamiento con antibióticos, dejan a los médicos en espera de lo que suceda mientras se intenta obtener crecimiento en un cultivo y en algunos tipos de bacterias, como la que causa la tuberculosis (TB), esto puede tomar hasta un mes.

Científicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL, Suiza) desarrollaron voladizos extremadamente sensibles que pueden captar vibraciones casi imperceptibles a nivel atómico emitidas por las bacterias vivas. Las bacterias vivas desarrollan su actividad metabólica con un conjunto de reacciones químicas que mantienen la vida en las células vivas. El equipo utilizó esta actividad metabólica que envía las vibraciones, para ver si podían detectarlas con su tecnología.

Colocar las bacterias sobre o cerca de unos voladizos o diapasones de tamaño nano hace que estos oscilen en respuesta a las vibraciones bacterianas. Los voladizos son muy pequeños, con una longitud nominal de 205 μm y una constante de elasticidad nominal de 0,06 N/m, lo cual permite calcular la energía necesaria para producir desviaciones de nanómetros de este resorte. Al proyectar un rayo láser sobre el voladizo y registrar cómo se refleja la luz, los científicos convierten las vibraciones en señales eléctricas que se pueden leer con facilidad. Cuando la señal eléctrica es una línea plana, significa que no hay bacterias vivas, lo cual es una manera eficaz de determinar rápidamente si el tratamiento con antibióticos ha tenido el efecto deseado. Esto es especialmente útil para detectar cepas resistentes.

En su montaje el equipo estudió dos especies bacterianas: Escherichia coli y Staphylococcus aureus, las cuales fueron expuestas a diferentes concentraciones de antibióticos y también investigaron una cepa de E. coli sensible a la ampicilina. La exposición a los antibióticos produjo, en todos los casos, una rápida reducción de las vibraciones. El tiempo necesario para la detección inicial de una caída en la amplitud varió desde cinco minutos hasta menos de un minuto, lo cual significa una respuesta notablemente rápida.

Los científicos han miniaturizado su tecnología para que se ajuste a un dispositivo del tamaño de una caja de cerillas, por lo que es fácilmente portátil para el uso clínico. Ellos sugieren que sus diapasones de tamaño nanométrico también podrían ser útiles para evaluar la respuesta al tratamiento con quimioterapia. En la actualidad están buscando una manera de utilizar los diapasones de tamaño nanométrico para medir el metabolismo de las células tumorales que han sido expuestas a la quimioterapia. Giovanni Dietler, PhD, profesor de la EPFL, dijo: “Este método es rápido y exacto. Y puede ser una herramienta valiosa para que los médicos determinen la dosis correcta de antibióticos y para que los científicos determinen cuáles tratamientos son los más eficaces”. El estudio fue publicado el 30 de junio de 2013 en la revista Nature Nanotechnology.

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EcolePolytechniqueFédérale de Lausanne