Daños en la envoltura bacteriana causados por nanoestructuras bioinspiradas cultivadas en un hidrogel

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Las comunidades bacterianas asociadas a la superficie, conocidas como biofilms, son responsables de un amplio espectro de infecciones en los seres humanos. Estudios recientes han indicado que las superficies que contienen protuberancias a nanoescala, como las de las alas de las libélulas, crean un nicho hostil para la colonización bacteriana y el crecimiento del biofilm. Esta funcionalidad se ha imitado en metales y semiconductores mediante la creación de nanopilares y otras nanoestructuras de alta relación de aspecto en la interfaz de estos materiales. Sin embargo, no se han descrito topografías bactericidas en hidrogeles y polímeros de alta conformidad clínicamente relevantes, sobre todo debido a la complejidad de fabricar nanopatrones en hidrogeles con un control preciso del tamaño que también pueda resistir la inmersión acuosa. En este trabajo se presenta la fabricación de nanoestructuras bactericidas bioinspiradas en hidrogeles de celulosa bacteriana (BC) mediante la irradiación con haces de iones de baja energía. Desafiando la opinión actualmente aceptada, demostramos que las nanoestructuras cultivadas en BC afectan preferentemente a membranas rígidas como las de la bacteria Gram-positiva Bacillus subtilis de forma dependiente del tiempo y, en menor medida, a la membrana más deformable y blanda de Escherichia coli. Además, las nanoestructuras de BC no afectaron a la viabilidad de los preosteoblastos murinos. Utilizando el análisis de una sola célula, demostramos que, efectivamente, B. subtilis requiere menos fuerza que E. coli para ser penetrada por nanosondas con dimensiones comparables a las de las BC nanoestructuradas, proporcionando la primera evidencia experimental directa que valida un modelo mecánico de ruptura de membranas a través de un mecanismo inducido por tensión dentro de la teoría de la energía de activación. Nuestros descubrimientos tienden un puente entre las superficies mecano-bactericidas y los materiales de baja dimensión, incluyendo los nanotubos de carbono de pared simple y las nanohojas de grafeno, en los que se ha informado ampliamente de una mayor actividad bactericida hacia las bacterias Gram-positivas. Nuestros resultados también demuestran la capacidad de conferir propiedades bactericidas a un hidrogel con sólo alterar su topografía a nanoescala y contribuyen a una mejor comprensión de la mecanobiología bacteriana, lo que es fundamental para el diseño racional de topografías bactericidas.

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