Lab-en-chip mide mecánica de colonias de bacterias

Un dispositivo de microfluidos, también conocido como un lab-en-chip, calcula la resistencia de los biofilms a la presión. Los biofilms experimentan varias clases de presión en la naturaleza y el cuerpo a medida que se comprimen a través de los capilares y se adhieren a las superficies, de por ejemplo, los dispositivos médicos.

"La mayoría de las bacterias en la naturaleza forman biofilms. Las bacterias son organismos unicelulares, pero raramente viven solas”, dijo John Younger, jefe asociado para investigación en el departamento de medicina de urgencias en el Sistema de Salud de la Universidad de Michigan (U-M) (UHMS; Ann Arbor, MI, EUA). El Prof. Younger es el coautor del estudio que forma la historia principal de la edición de Julio 7, 2009 de la revista Langmuir.

Para entender los biofilms y su ciclo vital, es necesario considerar su genética y sus propiedades mecánicas. Los biofilms son "materiales que responden a fuerzas, porque la forma cómo viven en el ambiente depende de esta respuesta”, dijo Mike Solomon, profesor asociado de ingeniería química y ciencias maromoleculares e ingeniería, quien es el autor principal del artículo.

El dispositivo de microfluidos de la U-M suministra la escala correcta. El chip acanalado, hecho de un polímero flexible, permite que los científicos estudien muestras minúsculas de entre 50 y 500 células bacterianas que forman biofilms de 10 - 50 µ de tamaño. Las muestras de este tamaño se comportan en el dispositivo como lo hacen en el cuerpo. Las herramientas que requieren muestras más grandes no siempre dan un cuadro exacto de la forma en que una sustancia particular se comporta en las escalas más pequeñas.

Los biofilms estudiados tenían una mayor elasticidad que lo que los métodos previos habían medido. Los científicos descubrieron una respuesta de endurecimiento lo que significa que entre más presión se aplica a los biofilms, más resistencia presentan los materiales.

Se ponen en marcha fuerzas mecánicas cuando nos defendemos contra estas colonias bacterianas. Los patrones de expresión genética pueden ser estudiados indefinidamente, pero hasta que se sepa cuando los materiales se doblen o rompen, y lo que el sistema inmune tiene que hacer desde una perspectiva física, para combatir este oponente, sigue siendo un misterio.

Se realizaron experimentos sobre colonias de Staphylococcus epidermidis y Klebsiella pneumoniae, que se sabe causan infecciones en hospitales. El dispositivo de microfluidos nuevo podría ser usado para medir la resistencia de varios otros materiales sólidos blandos en los biomateriales, campos farmacéuticos, productos para el consumidor y ciencias de alimentos.

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Department of Emergency Medicine at the University of Michigan Health System