An IBEC device simulates natural conditions to grow biofilms and test their antibiotic susceptibility more accurately

Un equipo de investigación del IBEC ha desarrollado el XpertBiofilm, un dispositivo sencillo y de bajo coste que reproduce el flujo (shear stress) que las bacterias encuentran en el cuerpo humano, como en la mucosidad de los pulmones o en la sangre. El estudio demuestra que, dentro de los rangos estudiados, un mayor flujo hace que la bacteria Pseudomonas aeruginosa forme biofilms más robustos, un hallazgo clave para reproducir en el laboratorio infecciones más parecidas a las reales. La plataforma, validada con muestras de esputo de pacientes con fibrosis quística, predijo correctamente qué antibiótico era eficaz en cada caso, un paso hacia pruebas de sensibilidad a antibióticos más rápidas, eficientes y personalizadas.

Los biofilms son comunidades microbianas complejas que se adhieren a una superficie y se envuelven en una matriz viscosa que producen ellos mismos. Esta estructura protege las bacterias de los antibióticos y del sistema inmunitario mucho mejor que si vivieran de forma libre, lo que las convierte en una de las causas más frecuentes de infecciones crónicas difíciles de tratar, como las infecciones respiratorias en personas con fibrosis quística y enfermedad obstructiva crónica (EPOC), las heridas crónicas o las infecciones asociadas a catéteres y prótesis. A esto se suma el aumento global de la resistencia a los antibióticos, lo que hace cada vez más urgente contar con herramientas capaces de predecir qué tratamiento funcionará en cada caso.

Un equipo del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) ha desarrollado el XpertBiofilm, un dispositivo sencillo y accesible que permite crecer biofilms bajo un flujo de líquido continuo y controlado, similar al que las bacterias encuentran en el cuerpo humano —por ejemplo, en la mucosidad de los pulmones, la sangre o la orina—. El estudio, publicado en la revista Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, ha sido liderado por Eduard Torrents, investigador principal del grupo de Infecciones Bacterianas y Terapias Antimicrobianas,y profesor agregado de la Universidad de Barcelona junto con Núria Blanco-Cabra, investigadora del mismo grupo y primera autora del estudio.

La mayoría de sistemas de laboratorio utilizados para estudiar cómo se forman los biofilms se basan en placas estáticas, donde el medio de cultivo no se mueve. Sin embargo, en el organismo las bacterias casi nunca crecen en un ambiente inmóvil: el flujo de sangre, moco u otros fluidos genera de forma constante una fricción sobre las superficies conocida como estrés de cizalla o shear stress. Haciendo un símil, el estrés de cizalla seria parecido a lo que sufre una piedra en el lecho de un río: en agua estancada apenas sufre roce, pero si el agua fluye con fuerza, esa misma piedra recibe un arrastre y una fricción constantes. Eso es lo que analizan en este trabajo, a escala microscópica: el estrés de cizalla que un líquido en movimiento ejerce sobre cualquier superficie con la que entra en contacto, incluida aquella donde se adhieren las bacterias.

Actualmente existen dispositivos capaces de reproducir este flujo de forma controlada, pero suelen ser complejos, caros y requieren microscopía especializada y personal con formación técnica avanzada para analizar los resultados, lo que limita su uso.

El flujo, un factor clave en la formación de biofilms

Para superar esta limitación, el equipo diseñó y optimizó, la geometría de la cámara de crecimiento del XpertBiofilm hasta conseguir un flujo homogéneo y un estrés de cizalla controlado sobre una pequeña pieza extraíble (un cubreobjetos redondo) donde se forma el biofilm. Una vez crecido el biofilm, esta pieza puede analizarse directamente con un lector de microplacas, sin necesidad de microscopios especializados, permitiendo una observación más accesible y optimizada.

Este hallazgo es especialmente relevante en el contexto de la fibrosis quística y EPOC, enfermedades pulmonares crónicas en la que el moco es más espeso y viscoso de lo habitual, y que frecuentemente se complican con infecciones por biofilms de Pseudomonas aeruginosa. En los pulmones de estas personas, el estrés de cizalla está muy por debajo de los niveles de un pulmón sano (unos 80 mPa) o de los que genera la tos (hasta 170.000 mPa). El rango de flujo que el XpertBiofilm es capaz de reproducir en el laboratorio —de 0,02 a 0,9 mPa— coincide con ese entorno de bajo estrés de cizalla, lo que los propios autores destacan como respaldo de la relevancia clínica del dispositivo para modelar infecciones pulmonares en fibrosis quística.

Precisamente dentro de ese rango bajo de flujo, el equipo demostró que cuanto mayor es este, más biomasa de biofilm forma P. aeruginosa —un patógeno oportunista muy habitual también en heridas crónicas e infecciones asociadas a dispositivos médicos—. Según los autores, este resultado ayuda a entender por qué, las bacterias logran adherirse con fuerza a las vías respiratorias en el caso de la fibrosis quística, y porqué, al haber un estrés de cizallatan bajo, en esos pacientes la capacidad de las vías respiratorias para arrastrar y eliminar las bacterias está muy reducida, dando lugar a infecciones crónicas.

«Reproducir en el laboratorio las condiciones de flujo que las bacterias encuentran realmente en el cuerpo en el contexto de una enfermedad es clave para entender cómo se forman los biofilms y, sobre todo, para predecir mejor si un antibiótico va a funcionar o no. El XpertBiofilm nos permite hacerlo con un equipo sencillo y accesible, sin depender de microscopía especializada», explica Eduard Torrents quien también es miembro de ICREA Academia.

«Reproducir en el laboratorio las condiciones de flujo que las bacterias encuentran realmente en el cuerpo en el contexto de una enfermedad es clave para entender cómo se forman los biofilms y, sobre todo, para predecir mejor si un antibiótico va a funcionar o no. El XpertBiofilm nos permite hacerlo con un equipo sencillo y accesible, sin depender de microscopía especializada.»

Eduard Torrents

Un paso hacia pruebas de antibióticos más rápidas y personalizadas

Además de estudiar cómo se forma el biofilm, el equipo comprobó que el XpertBiofilm permite evaluar si un antibiótico determinado es eficaz frente a un biofilm ya formado con cepas de  P. aeruginosa con perfiles de resistencia distintos y conocidos, demostrándose que el dispositivo detectaba correctamente la respuesta esperada al antibiótico utilizado.

A continuación, el equipo dio un paso más: utilizó directamente muestras de esputo de pacientes con fibrosis quística, sin necesidad de aislar previamente una única cepa bacteriana en el laboratorio. En ambos casos, la plataforma predijo correctamente qué antibiótico era más eficaz y cuál no, de acuerdo con el perfil de resistencia ya conocido de cada muestra y permitiendo ajustar la terapia microbiana más adecuada.

«Poder formar y analizar un biofilm directamente a partir de una muestra de esputo, sin necesidad de cultivos previos, abre la puerta a pruebas de sensibilidad a antibióticos más rápidas y ajustadas a cada paciente, algo especialmente relevante en infecciones crónicas como las de la fibrosis quística», señala Núria Blanco-Cabra, primera autora del estudio.

«Poder formar y analizar un biofilm directamente a partir de una muestra de esputo, sin necesidad de cultivos previos, abre la puerta a pruebas de sensibilidad a antibióticos más rápidas y ajustadas a cada paciente, algo especialmente relevante en infecciones crónicas como las de la fibrosis quística.»

Núria Blanco-Cabra.

Próximos pasos

Aunque los resultados son muy esperanzadores, los propios autores del estudio señalan que se trata de una validación en el laboratorio, realizada con un número limitado de cepas bacterianas y de muestras de pacientes, por lo que el siguiente paso será ampliar las pruebas a un mayor número de muestras clínicas y de especies bacterianas antes de confirmar su utilidad en la práctica clínica habitual.

El XpertBiofilm no sustituye, de momento, a los métodos de diagnóstico microbiológico ya establecidos en los hospitales, sino que se plantea como una herramienta complementaria que, en el futuro, podría ayudar al personal clínico a elegir con mayor rapidez el tratamiento antibiótico más adecuado de manera personalizada para cada paciente.

Artículo de referencia

Núria Blanco-Cabra, José Huguet, Josep Samitier, Romén Rodríguez-Trujillo, Eduard Torrents. A simple diagnostic platform reveals shear stress as critical in biofilm development. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 268 (2026), 116013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2026.116013

https://ibecbarcelona.eu/es/an-ibec-device-simulates-natural-conditions-to-grow-biofilms-and-test-their-antibiotic-susceptibility-more-accurately