El diseño de catéter optimizado por IA podría prevenir infecciones del tracto urinario sin medicamentos

Por Joanna Thompson

Más de 100 millones de personas en todo el mundo necesitan un catéter urinario cada año. Los dispositivos pueden salvar vidas, especialmente después de la cirugía. Pero muchos de quienes los usaron (alrededor de una cuarta parte en los países en desarrollo y alrededor de una octava parte en los EE. UU.) pueden desarrollar una infección del tracto urinario asociada al catéter (IACU), comúnmente causada por la acumulación de bacterias dentro del tubo.

Ahora, con la ayuda de la inteligencia artificial, los investigadores han diseñado un nuevo catéter que, según dicen, podría reducir la contaminación bacteriana hasta en dos órdenes de magnitud, sin antibióticos. Su interior está plagado de formas geométricas tridimensionales que ayudan a evitar que las bacterias ganen tracción. “Estos son resultados bastante interesantes”, dice Glenn Werneburg, urólogo de la Clínica Cleveland, que no participó en el nuevo estudio, que fue publicado recientemente en Avances científicos.

“En un catéter normal, no hay forma física en el interior”, dice el coautor del estudio Animashree Anandkumar, científico informático del Instituto de Tecnología de California. Esto deja una carretera suave para que las bacterias se abran camino desde el exterior y colonicen la superficie interior. Cuando las colonias se acumulan en el catéter, cerca de la vejiga, pueden ingresar al tracto urinario y provocar una CAUTI.

En el pasado, los médicos a veces recubrían las paredes interiores de los catéteres con antibióticos o agentes metálicos como la plata para matar las bacterias. Pero estos métodos pueden ser costosos y también ineficaces a medida que las bacterias resistentes a los antibióticos se vuelven más frecuentes. El nuevo dispositivo no depende de un recubrimiento especializado para repeler los microbios; la geometría simple funciona. Una serie de pequeñas crestas impresas en 3D que tienen forma de triángulos afilados recubren el interior del catéter, formando una especie de carrera de obstáculos para las bacterias. Cuando los microbios intentan nadar contra la corriente, chocan y caen en las crestas, hasta detenerse o rebotar corriente abajo. El diseño podría ayudar a reducir el uso de antibióticos costosos e innecesarios y podría prolongar la cantidad de tiempo que se puede utilizar un catéter.

Para encontrar el laberinto repelente de bacterias perfecto, Anandkumar y su equipo utilizaron IA para ejecutar rápidamente catéteres modelados digitalmente a través de decenas de miles de simulaciones. Una vez que dieron con el diseño que mejor bloqueaba las bacterias virtuales en múltiples escenarios en el modelo de computadora, imprimieron en 3D un prototipo y lo probaron en el laboratorio con un caldo que contenía Escherichia coli bacterias. Después de 24 horas, el dispositivo experimental había acumulado casi 100 veces menos colonias bacterianas que un catéter tradicional que los investigadores imprimieron en 3D y probaron junto a él.

Actualmente, el nuevo catéter sólo está optimizado para resistir E. coli—uno de los microbios más comunes asociados con las CAUTI. Sin embargo, también se sabe que otras especies colonizan los catéteres y causan infecciones. “Las bacterias en los catéteres están presentes como biopelículas y sabemos que diferentes especies de bacterias se comportan de diferentes maneras”, dice Werneburg. Añade que es posible que el equipo necesite desarrollar un diseño futuro modificado que también sea inaccesible a otros microbios, como enterococo y Proteo bacterias.

Anandkumar está de acuerdo y dice que modelar con precisión nuevos diseños puede requerir más investigación y más datos sobre las propiedades físicas y químicas de estos microbios. Los científicos también necesitarán probar su diseño en un entorno clínico antes de que pueda producirse ampliamente. Y Anandkumar dice que el modelado de IA tiene un potencial mucho más allá de los catéteres: espera aprovechar la IA para ayudar a diseñar medicamentos, hélices de aviones energéticamente eficientes y más. “Para mí”, dice, “esto es sólo el comienzo”.