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Científicos imprimen jaulas 3D microscópicas para estudiar bacterias
Las bacterias en el cuerpo humano prosperan en las comunidades estructuradas en 3D, por lo que estudiar los patógenos en este tipo de entorno podría mostrar mejor cómo interactúan. Ahora, los científicos están haciendo justamente eso: con microscópicas jaulas impresas en 3D.
Científicos de la Universidad de Texas en Austin han utilizado una nueva tecnología de impresión 3D, que les permitió construir hogares para las bacterias a un nivel micro.
Al encerrar las bacterias en estos pequeños hogares, pudieron estudiar cómo las bacterias que se encuentran en el intestino humano y los pulmones colaboran para desarrollar infecciones.
Un estudio de su trabajo fue publicado en la revista Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
Para construir las jaulas, que están hechas de proteínas, los investigadores usaron un láser y construyeron las jaulas alrededor de las bacterias en gelatina. Las jaulas pueden tener casi cualquier forma o tamaño, dicen los investigadores, y se pueden mover alrededor de otras jaulas que contienen otras comunidades de bacterias.
En un experimento, pudieron mostrar cómo una comunidad de bacterias que causa infecciones de la piel, Staphylococcus aureus, se volvió más resistente a los antibióticos cuando estaba en una jaula con una comunidad de otra bacteria involucrada en la fibrosis quística, Pseudomonas aeruginosa.
Los investigadores dicen que este nuevo método que utilizaron debería permitir que los estudios futuros recreen mejores condiciones, más parecidas al cuerpo humano, en las que prosperan las bacterias.
Apilamiento de estructuras 3D
Este cráneo 3D se imprimió de la misma manera que las jaulas bacterianas, capa por capa. Crédito: Jason Shear
La gelatina en la que está encerrada la bacteria es bastante flexible, dicen los investigadores. Una solución líquida cuando está caliente, también puede volverse firme a temperatura ambiente.
También contiene moléculas fotosensibles, que provocan que las moléculas de gelatina reaccionen entre sí cuando se golpean con una luz láser.
Después de que los investigadores deciden qué bacteria quieren encerrar y en qué forma, activan el láser, formando una matriz sólida.
Jason Shear, profesor de química en la Universidad de Austin, explica más:
"Luego hacemos otra capa, y otra, y así sucesivamente, construyendo. Es muy simple. Básicamente estamos haciendo imágenes y apilándolas en estructuras 3D, pero con un control increíble".
"Piensa en el grosor de un cabello en tu cabeza, y toma el 1% de eso, y luego toma alrededor de un cuarto de eso. Eso es aproximadamente del tamaño de nuestro láser cuando llega a su punto más pequeño".
Observar el trabajo en equipo de bacterias específicas
Las jaulas impresas en 3D (rojo) pueden ser de cualquier forma o tamaño, y se pueden mover cerca de otras estructuras con diferentes comunidades bacterianas (verde). Crédito: Jason Shear
Una vez que se completan las jaulas, los investigadores alimentan los nutrientes de las bacterias para alentarlos a reproducirse dentro del espacio provisto. Los investigadores luego pueden tomar otras comunidades enjauladas y ponerlas a una distancia cercana para que puedan comunicarse entre sí.
Además, los investigadores tienen la capacidad de eliminar la gelatina, detener el crecimiento bacteriano y almacenarlos para el transporte.
El profesor Shear dice que las estructuras no permiten que las bacterias escapen, pero "son lo suficientemente porosas como para ser químicamente permisivas", lo que significa que las señales pueden intercambiarse.
Él dice que la nueva técnica ofrece nuevas oportunidades para estudiar el crecimiento bacteriano. Por ejemplo, bacterias tales como Staph y Pseudomonas se pueden organizar juntos para ver cómo reaccionan cuando ambos se presentan con un intruso.
El profesor Shear agrega:
"Estas son bacterias muy comunes que a menudo se encuentran juntas en las infecciones, y tiene sentido que tengan mecanismos para detectarse entre sí. Lo que la tecnología nos permite hacer es ponerlos en conversación entre sí, de manera muy precisa, y ver qué pasa. En este caso, Staph percibido el Pseudomonas, y un resultado fue que se volvió más resistente a los antibióticos ".
Implicaciones futuras y mayor estudio
El profesor Shear dice que su técnica se puede utilizar para estudiar cómo se propagan las infecciones, por ejemplo, en un hospital, donde la clave es evitar las infecciones.
Él señala estudios previos que sugieren que las infecciones son transmitidas por pequeñas colonias de bacterias que viajan en el equipo o el personal, y que, por lo tanto, son de amplio alcance en todo el hospital.
Al estudiar cómo las comunidades bacterianas trabajan juntas, él cree que se pueden abordar otras preguntas:
"Actualmente sabemos muy poco sobre cómo está sucediendo esto. ¿Cuántas células se necesitan? ¿Estas microcomunidades se vuelven particularmente virulentas o resistentes a los antibióticos precisamente porque son pequeñas y luego cambian las propiedades de las bacterias en nuestra piel o en nuestros cuerpos? "Ahora tenemos un medio para comenzar a hacer estas preguntas de manera mucho más amplia".
Estos hallazgos son particularmente oportunos, ya que los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC, por sus siglas en inglés) han pedido recientemente medidas contra las bacterias resistentes a los medicamentos.
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