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 una probabilidad mucho mayor de adquirir infecciones bacterianas secundarias, lo que aumenta significativamente la tasa de mortalidad.

Combatir las infecciones no es tarea fácil, aunque. Cuando los antibióticos se prescriben de forma descuidada y excesiva, que conduce a la rápida aparición y propagación de genes resistentes a los antibióticos en las bacterias, lo que crea un problema aún mayor. Según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades, 2.8 millones de infecciones resistentes a los antibióticos ocurren en los EE. UU. Cada año, y más de 35, 000 personas mueren a causa de ellos.

Un factor que ralentiza la lucha contra las bacterias resistentes a los antibióticos es la cantidad de tiempo que se necesita para realizar la prueba. 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, aumentando la tasa de mortalidad, la duración de la estancia hospitalaria y el costo total de la atención.

El profesor asociado Seokheun "Sean" Choi, miembro de la facultad del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Thomas J. Watson de la Universidad de Binghamton, está investigando una forma más rápida de analizar las bacterias para determinar la resistencia a los antibióticos.

"Para tratar eficazmente las infecciones, Necesitamos seleccionar los antibióticos adecuados con la dosis exacta durante la duración adecuada, ", dijo." Existe la necesidad de desarrollar un método de prueba de susceptibilidad a los antibióticos y ofrecer pautas efectivas para tratar estas infecciones ".

En los años pasados, Choi ha desarrollado varios proyectos que cruzan "papertronics" con biología, como uno que desarrolló biobaterías utilizando sudor humano.

Esta nueva investigación, titulada "Un simple, barato, y método rápido para evaluar la efectividad de los antibióticos contra bacterias exoelectrogénicas "y publicado en la edición de noviembre de la revista Biosensores y bioelectrónica —Se basa en los mismos principios que las baterías:transferencia de electrones bacterianos, un proceso químico que ciertos microorganismos utilizan para el crecimiento, mantenimiento celular general e intercambio de información con los microorganismos circundantes.

"Aprovechamos este evento bioquímico para una nueva técnica para evaluar la efectividad de los antibióticos contra las bacterias sin monitorear todo el crecimiento bacteriano". "Dijo Choi." Hasta donde yo sé, somos los primeros en demostrar esta técnica de una manera rápida y de alto rendimiento utilizando papel como sustrato ".

Trabajando con Ph.D. estudiantes Yang Gao (quien obtuvo su título en mayo y ahora trabaja como investigador postdoctoral en la Universidad de Texas en Austin), Jihyun Ryu y Lin Liu, Choi desarrolló un dispositivo de prueba que monitorea continuamente la transferencia de electrones extracelulares de las bacterias.

Un equipo médico extraería una muestra de un paciente, inocular las bacterias con varios antibióticos durante unas horas y luego medir la tasa de transferencia de electrones. Una tasa más baja significaría que los antibióticos están funcionando.

"La hipótesis es que la exposición antiviral podría causar una inhibición suficiente de la transferencia de electrones bacterianos, por lo que la lectura del dispositivo sería lo suficientemente sensible como para mostrar pequeñas variaciones en la salida eléctrica causadas por cambios en la eficacia de los antibióticos, "Dijo Choi.

El dispositivo podría proporcionar resultados sobre la resistencia a los antibióticos en solo cinco horas, que serviría como una importante herramienta de diagnóstico en el punto de atención, especialmente en áreas con recursos limitados.

El prototipo, construido en parte con fondos de la National Science Foundation y la Oficina de Investigación Naval de EE. UU., Tiene ocho sensores impresos en su superficie de papel, pero eso podría extenderse a 64 o 96 sensores si los profesionales médicos quisieran incorporar otras pruebas en el dispositivo.

Sobre la base de esta investigación, Choi ya sabe adónde les gustaría ir a él y a sus alumnos:"Aunque muchas bacterias producen energía, algunos patógenos no realizan transferencia de electrones extracelulares y es posible que no se utilicen directamente en nuestra plataforma. Sin embargo, varios compuestos químicos pueden ayudar a la transferencia de electrones de bacterias que no producen electricidad.

"Por ejemplo, E. coli no puede transferir electrones desde el interior de la celda al exterior, pero con la adición de algunos compuestos químicos, pueden generar electricidad. Ahora estamos trabajando en cómo hacer que esta técnica sea generalizada para todas las células bacterianas ".