Utilizando sal para introducir partículas portadoras de fármacos más profundamente en biofilms difíciles de tratar

Investigadores de la Universidad de Yale han descubierto un nuevo método para mejorar la entrega de partículas portadoras de fármacos en biofilms, una compleja red de colonias bacterianas encerradas en una matriz pegajosa parecida a un polímero. Estas biofilms son notoriamente resistentes a los tratamientos antibióticos convencionales debido a su estructura, lo que dificulta la penetración de agentes terapéuticos. Al introducir un gradiente de sal controlado, el equipo ha demostrado una técnica que impulsa partículas más profundamente en la biofilm, lo que potencialmente mejora la eficacia del tratamiento contra infecciones persistentes.

En un estudio publicado en Soft Matter, los investigadores utilizaron un sistema microfluídico para simular entornos de biofilm y probar la efectividad de su enfoque. Crearon biofilms usando E. coli y los expusieron a concentraciones variables de soluciones de sal. Cuando las partículas coloidales se introdujeron en un entorno de baja sal adyacente a una región de alta sal dentro de la biofilm, el gradiente de sal indujo un fenómeno llamado difusioforesis. Este proceso hizo que las partículas se movieran hacia el área de alta sal, penetrando efectivamente más profundamente en la biofilm de lo que era posible anteriormente.

El profesor Amir Pahlavan, quien dirigió la investigación, explicó que los métodos tradicionales de administración de fármacos se basan en la difusión pasiva, que a menudo es ineficiente y requiere altas dosis de partículas para lograr una penetración adecuada. "La difusión de partículas de tamaño nano y micron puede ser muy lenta e ineficiente", dijo Pahlavan. "El estudio reveló que la efectividad del método de administración impulsado por sal dependía en gran medida de la madurez de la biofilm. En biofilms más jóvenes y menos densos, las partículas lograron una penetración significativamente mayor en comparación con los experimentos de control sin un gradiente de sal.

Sin embargo, a medida que la biopelícula envejecía y se volvía más densa, la profundidad de penetración disminuía hasta alcanzar niveles similares a los observados en ausencia de un gradiente de sal. Curiosamente, la investigación también descubrió un hallazgo inesperado con respecto al tamaño de la partícula. Las partículas más grandes, que miden 1,000 nanómetros, pudieron penetrar más en la biopelícula en comparación con las partículas más pequeñas de 40 nanómetros. Esto contradijo las suposiciones iniciales de que las partículas más pequeñas navegarían en espacios más estrechos de manera más efectiva.

Esto sugiere que el tamaño óptimo de partícula para la administración de fármacos puede variar dependiendo de las características específicas de la biofilm. Los investigadores plantean la hipótesis de que el movimiento inducido por la sal de las partículas podría causar deformación física de la matriz de biofilm, lo que podría facilitar la eliminación de las biofilms con el tiempo. Sin embargo, si este proceso puede descomponer consistentemente las biofilms aún está por determinar a través de más experimentación.

"Identifica la ventana en la que funciona la entrega impulsada por gradientes y el régimen más denso en el que esa ventaja se pierde en gran medida", dijo. Los hallazgos sugieren que los principios subyacentes a esta técnica podrían extenderse más allá de las aplicaciones biomédicas a áreas como el tratamiento del agua y los procesos industriales, donde las biopelículas a menudo obstruyen equipos e infraestructura. La investigación abre nuevas vías para desarrollar terapias dirigidas contra infecciones asociadas con biopelículas, particularmente en entornos clínicos que involucran implantes y dispositivos médicos.

Al optimizar el tamaño de las partículas y los gradientes de sal, los estudios futuros pueden refinar este enfoque para mejorar su confiabilidad y efectividad en el tratamiento de enfermedades relacionadas con el biofilm. El equipo planea investigar la física subyacente que rige la interacción entre los gradientes de sal y las estructuras del biofilm, con el objetivo de descubrir mecanismos que puedan aplicarse a contextos más amplios.