Academia Panamericana de Ingeniería

Solo para Ingenieros
Ciencia y Tecnología
Dr. Arnoldo Bautista Corral
Sólo para Ingenieros (277): Nueva técnica para una rápida eliminación de bacterias utilizando
diminutos discos de oro y luz.
27/03/2016
Especialidad: Bioingeniería, bio-nano-tecnología
Estimados colegas y amigos,
Los antibióticos, desarrollados en la década de 1940, marcan un avance sin precedentes en la
medicina. Sin embargo, si estos fármacos se utilizan inapropiadamente se corren el riesgo de sufrir
reacciones adversas o provocar escenarios muy delicados. De hecho, su uso indiscriminado en lo
años recientes ha dado lugar al desarrollo de bacterias que no responden a los antibióticos en los
que antes eran eficaces, dando lugar a una situación tal que se ha convertido en uno de los
problema de salud pública más preocupantes en todo el mundo.
La búsqueda de medicamentes que puedan sustituir a los antibióticos ha sido el tema de un gran
número de investigaciones. Sobre una de ellas, un colega nos envía información, en donde se
describe una nueva técnica para matar bacterias en segundos usando utilizando conjuntamente
nano-discos de oro altamente porosos y luz generada por un láser. Este método podría en un futuro
cercano sustituir a los antibióticos en el tratamiento de algunas infecciones comunes y ayudar a
disminuir las cepas de gérmenes con alta resistencia a los mismos. Veamos de que se trata….
Los resultados de estos estudios, realizados por un grupo interdisciplinario de investigación, se
publicaron hace apenas unos días, el 17 de marzo, en el ‘Optical Mterial Express‘ un jorurnal de ‘The
Optical Society.’
‘Hemos demostrado que todas las bacterias fueron eliminadas muy rápido….de 5 a 25 segundos. Es
un proceso muy expedito,’ informó uno de los coautores, Wei-Chuan Shin, porfesor del
departamento de ingeniería eléctrica y computación de la ‘University of Huston’, en Texas.
Estos científicos-ingenieros crearon en su laboratorio nano-partículas de oro reduciendo el metal a
piezas cada vez más pequeñas hasta que alcanzaron un tamaño en el rango de nanómetros.
Recordemos que un nanómetros es igual una milésima de una milésima de metro; como referencia,
un cabello humano mide entre 50,000 y 100,000 nanómetros de diámetro. Una vez miniaturizadas,
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las partículas pueden ser trabajadas en varias formas cilindros, triángulos o discos. En este caso se
dejaron como discos.
Investigaciones previas demostraron que las nano-partículas de oro absorben la luz reciamente,
convirtiendo los fotones rápidamente en calor y alcanzando temperaturas los suficientemente altas
para destruir varios tipos de células que se encuentren a su alrededor –incluyendo células cancerosas
o bacterianas.
En el 2013, Shih y sus colegas de la ‘University of Huston’ crearon un nuevo tipo de discos de oro a
nivel de nano-partículas que median pocos cientos de nanómetros de diámetro. Estos discos se
perforaron con poros, lo cual les da un parecido a una esponja y ayuda a incrementar la eficiencia de
calentamiento mientras que mantienen sus estabilidad, explicó Shih.
En el nuevo desarrollo, los investigadores estructuraron pruebas para evaluar las propiedades
antimicrobianas de sus nuevas nano-partículas cuando se activaban con luz. Cultivaron bacterias en
el laboratorios incluyendo E. Coli y dos tipos de bacterias resistentes al calor que prosperan en aún
los más abrasadores ambientes como las aguas termales del ‘Yellowstone National Park’.
Luego colocaron las células bacterianas en la superficie de un una sólo capa cubierta con los
diminutos discos e incidieron una luz láser cercana al rango de los infrarrojos . Después, utilizaron las
pruebas de viabilidad y las imágenes SEM para ver el porcentaje de células que sobrevivieron el
procedimiento.
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Utilizando una cámara de imágenes térmicas, el equipo de investigadores demostró que la
temperaturas superficiales de las partículas alcanzaron casi instantáneamente los 180 grados Celsius,
‘provocando una descarga térmica’ en el entorno del sistema. El resultado final reveló que todas las
celulares bacterianas perecieron en 25 segundos.
Se confirmó que la E. coli fue la más vulnerable al tratamiento; todas sus células perecieron después
de cinco segundos de exposición al láser. Los otros tipos de bacteria requirieron hasta 25 segundos
para morirse, lo cual es mucho más rápido que los métodos de esterilización tradicional, como hervir
agua o la utilización de hornos secos o autoclaves, en los cuales se toma de minutos a una hora de
trabajo, comentó Shih. De hecho, estos tiempos son ‘considerablemente más cortos’ que lo que lo
que han reportado otros sistemas de nano-partículas en estudios recientes, escribieron los
investigadores. El tiempo necesario para obtener niveles similares de células muertas en estos
estudios van de 1 a 20 minutos.
En corridas de control, los investigadores encontraron que ni los discos de oro ni la luz del láser por si
mismos mataban tantas células como lo hacían en conjunto.
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La técnica tiene un potencial importante para aplicaciones biomédicas, agregó Shih. Actualmente, los
investigadores están investigando la utilización de los nano-discos como una simple cubierta de
catéteres para ayudar a reducir el número de infecciones del tracto urinario en hospitales.
‘Cualquier procedimiento activado a base de luz deberá ser más fácil de implementar a un lado de la
cama del paciente,’ en lugar de quitar y potencialmente reemplazar el catéter cada vez que se
requiere limpiarlo, indicó.
Otra aplicación potencial que el grupo de investigación está explorando es integrar las nanopartículas a filtros pequeños de membrana para ayudar a mejorar la calidad del agua, concluyó Shih.
Fuentes:
http://kidshealth.org/es/parents/antibiotic-overuse-esp.html#
http://phys.org/news/2016-03-technique-rapidly-bacteria-tiny-gold.html
__________
Agradezco las contribuciones y opiniones enviadas.
No. de ingenieros en la lista de distribución: 1,111
No. de envío: 277
Bienvenidos comentarios sobre los envíos.
Deseando que hayan disfrutado sus vacaciones de Semana Santa, les envío un fuerte abrazo
Arnoldo
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Sólo para ingenieros (276): Robots parte XIII: Bio-robots energizados a base de bacterias navegan con ayuda de un nuevo
algoritmo....
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El 22/03/16 a las 12:41, Dr. Felipe Arreguín Cortés escribió:
Gracias
Saludos
Felipe Arreguín
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El 24/03/16 a las 9:16, José M. escribió:
Hola Arnoldo:
Como siempre me impresionó mucho el nivel en que están esas investigaciones, ya superaron lo que se escribía en los
libros de ciencia ficción de los 80s (Isaac Asimov, etc). que tanto me gustaron. Gracias por continuar con estas interesantes
publicaciones.
Un abrazo y saludos a Laura.
José Manuel Mayagoitia H.
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Otras Ligas:
Liga al Portal de la Academia Panamericana de Ingeniería - Ciencia y Tecnología - 'Sólo para ingenieros':
http://www.academiapanamericanaingenieria.org/Solo_Ingenieros/index.html
Liga a: ‘Ingeniería para todos: ‘Robots parte XII: Robot que realiza biopsias combina el uso de IRM y Ultrasonido’, que se
publicó en la Unión de Morelos el lunes 21 de marzo de 2016, página 28:
http://www.launion.com.mx/servicios/hemeroteca-virtual/13913-21-marzo-2016.html#/28/
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