Dispositivo y método para el estudio dinámico de biocapas sobre catéteres de uso médico.

El dispositivo permite la introducción de múltiples muestras para ser evaluadas a la vez, por lo que se pueden analizar varios biomateriales en un mismo experimento. El flujo de líquido sobre todas las muestras es paralelo al eje de todo el segmento de catéter, recreando correctamente el flujo tal como se presenta en la realidad cuando los catéteres son implantados. La extracción de las muestras es individual, evitando la exposición de las demás muestras al ambiente, disminuyendo el riesgo de introducir perturbaciones en el análisis o provocar la contaminación del sistema

Dispositivo y método para el estudio dinámico de biocapas sobre catéteres de uso médico.

Objeto de la invención

El objeto principal de la presente invención es un dispositivo que permite el estudio dinámico de biocapas microbianas sobre la superficie de materiales tubulares expuestos a un fluido en movimiento así como su método de utilización para la realización de dicho estudio dinámico.

Antecedentes de la invención

Diversos estudios realizados en años recientes muestran que los microorganismos son capaces de crecer dando lugar a unas estructuras complejas conocidas como biocapas. Las biocapas bacterianas son el origen de problemas en diversos ámbitos, incluyendo salud y medicina, procesos alimentarios, tratamiento de aguas y otros sectores industriales.

Los microorganismos presentes en las biocapas son más resistentes a la acción de los antimicrobianos, antisépticos y desinfectantes que cuando se encuentran en forma planctónica. Tradicionalmente las pruebas de sensibilidad antimicrobiana o a otros agentes biocidas se realizan sobre bacterias en forma planctónica, con lo que sus resultados no son extrapolares al crecimiento en forma de biocapa.

La formación y desarrollo de las biocapas es un proceso muy complejo, en el que influyen muchas variables, entre las que son fundamentales el sustrato o superficie a colonizar (rugosidad, hidrofobicidad, presencia de película adherida), hidrodinámica del fluido (velocidad, flujo laminar o turbulento), características del fluido (pH, nutrientes, temperatura, carga iónica), así como las propiedades bacterianas.

En el sector de la salud y medicina, el amplio uso de dispositivos protésicos ha determinado un incremento en el riesgo de padecer infecciones asociadas a la presencia de biocapas microbianas. Los resultados obtenidos en un antibiograma convencional no son aplicables a las biocapas, siendo el tratamiento de estas infecciones muy complicado y requiere, en la mayoría de los casos, la retirada del material protésico para erradicar la infección. Existen dos tipos de análisis para caracterizar la acción de un agente biocida (antimicrobiano o desinfectante) sobre el crecimiento de una biocapa. El primero se conoce como análisis estático, y consiste en estudiar el crecimiento de la biocapa sobre el material sumergido en un líquido que permanece en reposo. El segundo tipo se conoce como análisis dinámico y se caracteriza porque el material se expone a un líquido en movimiento. El hecho es que existen diferencias en el crecimiento de la biocapa en función del tipo de análisis. Para el análisis dinámico se necesitan dispositivos específicos y el material sobre el que se forma la biocapa tiene que tener una forma determinada para poder adaptarse a los mismos.

Existe un constante avance tecnológico en cuanto al desarrollo de nuevos biomateriales con propiedades antiadhesivas, ya sea mediante algún recubrimiento superficial o por la propia naturaleza del material. La composición de estos nuevos materiales es objeto de patentes y a menudo es difícil disponer de muestras que se adapten a los dispositivos que permiten realizar análisis dinámicos.

El crecimiento de biocapas sobre superficies de algún material suele constituir una consecuencia indeseable de la exposición de dichas superficies al contacto con fluidos en los que las bacterias se encuentran en forma planctónica. Así mismo, el desarrollo de la biocapa suele ir acompañado de la deposición de material inerte que se adhiere a la superficie creando un ensuciamiento y degradación de la misma. Por ello se estudian métodos para evitar la formación de las biocapas mediante el empleo de agentes biocidas que disminuyan o regulen su formación. A menudo la concentración adecuada del agente biocida está sujeta a no exceder ciertos límites para no afectar al proceso o función principal según el sector de que se trate. En la industria de la alimentación, por ejemplo, es común la formación de biocapas sobre los conductos y paredes de equipos. Su tratamiento mediante biocidas debe ser estimado adecuadamente, no rebasando ciertos límites que pudieran resultar tóxicos.

Los estudios de actividad antimicrobiana o de biocidas sobre biocapas tienen importantes limitaciones metodológicas. Muchos de ellos utilizan ensayos estáticos, donde el fluido permanece en reposo, con lo que no representan de modo adecuado las condiciones reales del flujo del fluido sobre la superficie donde crece la biocapa. Existen otros ensayos, conocidos como ensayos dinámicos, en los que se recrean las condiciones del flujo del fluido sobre la superficie en la que crece la biocapa.

En el documento US6361963 de 03/06/2002 de Smith et al. se describe un dispositivo para analizar de modo dinámico el efecto de agentes biocidas sobre las biocapas formadas en los equipos utilizados en la industria de la pulpa y fabricación del papel. En este caso las bacterias son el origen de la corrosión indeseada de las superficies de estos equipos. El dispositivo consta de una bandeja con varias cámaras donde se alojan unas piezas rectangulares de acero, sobre las que se forma la biocapa. Cada habitáculo posee un orificio para la entrada del fluido y otro para la salida. De este modo se puede realizar simultáneamente un estudio dinámico sobre varias piezas en paralelo, empleando una concentración diferente del agente biocida en cada habitáculo. La bandeja se cubre con una tapa transparente que permite la visibilidad de los habitáculos. Este método tiene el inconveniente de que se necesita un efluente diferente para cada habitáculo. Además, la extracción de una única pieza implica desmontar todo el conjunto, exponiendo todas las piezas al ambiente, lo que puede introducir errores en el análisis y aumenta la posibilidad de contaminaciones. Por otro lado no se recrean apropiadamente las condiciones de flujo del fluido en los equipos industriales.

Otro tipo de dispositivo para estudiar de modo dinámico las biocapas microbianas, el dispositivo de Robbins, se describe por McCoy et al. en la revista Canadian Journal of Microbiology (1981), Volumen 27, páginas 910-92. Este dispositivo contiene un canal por el cual el líquido puede circular. El canal dispone de varios puertos u orificios equidistantes donde se alojan unos tapones, que una vez situados en los puertos, forman parte de la pared del canal. En la base de los tapones, en la zona que queda formando parte de las paredes del canal, existe un hueco donde se puede alojar una muestra de un determinado material en forma de disco. Sobre la cara del disco que queda expuesta al canal se forma la biocapa microbiana. Los tapones se pueden extraer independientemente a diferentes tiempos, y desencajar el disco para estudiar la biocapa formada sobre éste. Este dispositivo presenta una importante limitación, sólo permite el estudio de biocapas formadas sobre un material con forma y tamaño determinados por el hueco del tapón: forma de disco con un diámetro idéntico al del hueco. Los fabricantes de dispositivos de uso médico difícilmente suministran muestras de los materiales usados en su fabricación que tengan forma de disco y con esas dimensiones concretas. Además, se reservan el conocimiento de la composición química completa de los biomateriales. Al biomaterial base, plástico o metal, suelen añadirle una serie de compuestos químicos con distintos fines, entre ellos mejorar su biocompatibilidad. Se ha comprobado que estos aditivos pueden influir sobre la biocapa microbiana y por tanto deben estar presentes cuando el biomaterial se evalúa in vitro... En consecuencia, el dispositivo de Robbins tiene una limitación muy importante: no permite utilizar como sustrato sobre el que se forma la biocapa biomateriales de composición química idéntica a la de los que se utilizan en los dispositivos de uso médico.

En el documento US6596505 de 22/07/2003 de Howard Ceri et al. se describe un método y aparato para estudiar dinámicamente el efecto de antimicrobianos sobre biocapas formadas en catéteres de uso clínico. El aparato consta de una bandeja con varios canales paralelos donde se aloja el líquido. La tapa de la bandeja posee parejas de insertos donde se sujetan los segmentos de catéteres. El modo de sujeción consiste en introducir un extremo del catéter en un inserto, y el otro extremo en el inserto adyacente, de modo que el segmento de catéter queda sujeto doblado en forma de U. Al colocarse la tapa sobre la bandeja se introducen los segmentos de catéteres en el líquido. Para permitir el flujo de líquido se dispone el conjunto sobre un dispositivo que lo balancea, moviéndose... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (1) para el estudio dinámico de biocapas caracterizado porque comprende: