Investigadores diseñan un dispositivo miniaturizado impreso en 3D para tratar infecciones del oído medio



Las infecciones del oído medio, también conocidas como otitis media, afectan a más del 80% de los niños en los EE. UU. En un nuevo estudio, los investigadores han diseñado un dispositivo miniaturizado impreso en 3D para inactivar Pseudomonas aeruginosa, una bacteria común que causa la infección.

El dispositivo, una matriz de chorro de microplasmas, genera plasma, que está compuesto de partículas cargadas y moléculas reactivas que se ha demostrado anteriormente que inactivan varios patógenos. “Esta es la primera vez que alguien ha intentado tratar las infecciones del oído medio utilizando tecnología de plasma”, dijo Jungeun Won, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Boppart. “Por lo general, el tratamiento implica el uso de antibióticos o una intervención quirúrgica”.

El problema con el uso de antibióticos es doble. Primero, los antibióticos son ineficaces en más del 30% de los pacientes con infecciones agudas. En segundo lugar, su uso puede conducir a una mayor resistencia a los antibióticos porque las bacterias forman biopelículas, agregados que se adhieren a la superficie del oído.

“Las biopelículas son muy densas, lo que dificulta la penetración de los antibióticos”, dijo Helen Nguyen (IGOH), profesora Ivan Racheff de Ingeniería Civil y Ambiental. “Nuestra idea era que si podíamos alterar la estructura de la biopelícula, podríamos aumentar la penetración de los antibióticos”.

Los investigadores probaron la matriz de chorro de microplasma construyendo un modelo del oído medio. Utilizaron un tímpano de rata extirpado y probaron los efectos antimicrobianos del microplasma en las bacterias que estaban ubicadas detrás del tímpano.

“Usamos diferentes tiempos de duración para el tratamiento y descubrimos que 15 minutos o más eran efectivos para inactivar las bacterias”, dijo Won. “También monitoreamos el tejido para ver si habíamos creado agujeros o roturas, pero no encontramos ningún daño físico obvio”.

“Creemos que el microplasma altera la biopelícula al alterar la membrana celular bacteriana”, dijo Nguyen. “Hasta ahora, solo tenemos mediciones indirectas que respaldan nuestra idea, pero la analizaremos en el futuro”.

Aunque el grosor del tímpano de rata es un 30% más bajo que el de un humano, que es aproximadamente el ancho de una hebra de cabello, los resultados sugieren que el tratamiento con microplasmas podría usarse para tratar infecciones del oído medio en humanos.

“Las infecciones del oído medio y la prescripción excesiva de antibióticos para tratarlas son desafíos clínicos importantes que necesitan nuevas tecnologías y soluciones de tratamiento”, dijo Stephen Boppart, presidente distinguido de ingeniería de Grainger, que también es médico.

Los investigadores ahora están diseñando una matriz de chorro más pequeña con forma de auricular para tratamientos que permitirán tiempos de exposición más prolongados. También probarán los dispositivos en modelos animales utilizando biopelículas de las otras bacterias que causan infecciones del oído medio, incluidas, entre otras, Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae y Moraxella catarrhalis, para probar si el tratamiento también es eficaz con estas bacterias. Además, los investigadores monitorearán de cerca los tejidos del oído medio para asegurarse de que no haya daño estructural y funcional a los tejidos debido a la tecnología del plasma.

El estudio se llevó a cabo en colaboración con los laboratorios de J. Gary Eden, presidente emérito de Intel Alumni Endowed en Ingeniería Eléctrica e Informática, y Stephen Boppart, presidente distinguido de Grainger en ingeniería, con nombramientos en los departamentos de ingeniería eléctrica e informática, y Bioingeniería.

Fuente:

Referencia de la revista:

Sol, PP, et al. (2021) Inactivación y sensibilización de Pseudomonas aeruginosa mediante microplasma jet array para el tratamiento de la otitis media. npj Biofilms and Microbiomes. doi.org/10.1038/s41522-021-00219-2.

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