Un biosensor económico suministra un diagnóstico rápido de las infecciones bacterianas

La infección bacteriana es un problema común en los hospitales de todo el mundo. Cada hora de retraso en el tratamiento con antibióticos aumenta la tasa de mortalidad de los pacientes con sepsis y shocks sépticos en un 7,6%.

El hecho de no diagnosticar las etapas tempranas y críticas de las infecciones bacterianas puede ser perjudicial para la salud de un paciente y potencialmente mortal. Los métodos existentes para diagnosticar infecciones y realizar pruebas de sensibilidad a los antibióticos (AST, por sus siglas en inglés) sufren de un proceso laborioso y largo, que suele demorar de 2 a 5 días para poder reportar resultados exactos y confiables.

Los bioingenieros canadienses que trabajan con la Universidad de la Columbia Británica Okanagan (Kelowna, BC, Canadá) han desarrollado un biosensor microfluídico de microondas para dispositivos rápidos, sin contacto y no invasivos para el análisis de la concentración y el crecimiento de Escherichia coli (E. coli) en medios líquidos de diferentes pH con el fin de aumentar la eficacia de las prácticas de microbiología clínica. El equipo ensayó su dispositivo a través de la determinación de la cantidad de bacterias presentes en una variedad de muestras en varios escenarios. Los escenarios se parecían a los encontrados en los laboratorios de microbiología clínica.

La interfaz de capa delgada entre el canal microfluídico y el resonador de microondas mejoró significativamente la sensibilidad de detección. El chip microfluídico, fabricado con litografía blanda estándar, se inyectó con muestras bacterianas y se incorporó con un sensor resonador de anillo microtira de microondas con una frecuencia de operación de 2,5 GHz y un factor de calidad inicial de 83 para detectar la concentración y el crecimiento de las bacterias. El resonador tenía un área de separación de acoplamiento de 1,5 × 1,5 mm2 a partir de su región sensible.

La presencia de diferentes concentraciones de bacterias en diferentes soluciones de pH se verificó a través de la detección de los cambios en la amplitud resonante y las respuestas de frecuencia del sistema de microondas. El dispositivo sensor demostró una respuesta casi inmediata a los cambios en la concentración de las bacterias y una sensibilidad máxima de 3,4 MHz en comparación con un valor logarítmico de la concentración de bacterias. La transparencia óptica mínima preparada de las bacterias se analizó a un valor de OD600 de 0.003. Se demostró una respuesta altamente lineal para detectar la concentración de bacterias a diversos valores de pH.

Mohammad Hossein Zarifi, PhD, profesor asistente y coautor del estudio, dijo: “El dispositivo es capaz de detectar bacterias rápidamente y además, protege la interacción de esas bacterias con los antibióticos. Los resultados combinados brindan a los profesionales de la salud más información de la que tienen actualmente disponible, lo que les ayuda a avanzar para determinar tratamientos exactos. Este biosensor representa un paso importante hacia adelante en la mejora del flujo de trabajo complejo de las pruebas de susceptibilidad a los antibióticos y proporciona una detección rápida y automatizada de bacterias, así como también la detección de la proliferación de bacterias en respuesta a los antibióticos”. El estudio fue publicado en octubre 25 de 2018 en la revista Scientific Reports.

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Universidad de la Columbia Británica Okanagan