Investigadores de la Universidad de Warwick descubrieron que los hidrogeles más firmes y con menor contenido de agua limitan el crecimiento bacteriano, lo que podría mejorar el diseño de materiales antibacterianos.
Científicos de la Universidad de Warwick han descubierto que los hidrogeles más firmes y con menor contenido de agua limitan el crecimiento bacteriano. Este hallazgo tiene importantes implicaciones para el diseño de recubrimientos antibacterianos, modelos de infección y materiales médicos avanzados.
Los hidrogeles son materiales blandos y gelatinosos capaces de absorber grandes cantidades de agua. Su uso se ha extendido en tecnologías médicas como lentes de contacto y apósitos, además de ser fundamentales en la investigación de laboratorio, donde se emplean para cultivar bacterias. Sin embargo, los científicos han enfrentado el reto de entender por qué algunos hidrogeles favorecen el crecimiento bacteriano mientras que otros lo inhiben.
Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de Warwick, publicado en Communications Materials, revela que la respuesta no solo radica en las propiedades físicas del material, como su rigidez e hidratación, sino también en las características superficiales de las células bacterianas.
El equipo examinó cuatro especies bacterianas comunes: *Escherichia coli* (Gram-negativa), *Pseudomonas fluorescens* (P.fluorescens) y dos Gram-positivas: *Staphylococcus aureus* (S. aureus) y *Bacillus subtilis* (B. subtilis). Utilizaron hidrogeles con diferentes niveles de rigidez y contenido acuoso, abarcando 120 condiciones experimentales. Para simular mejor las condiciones reales, se realizaron pequeñas perforaciones en las superficies del gel para permitir que las bacterias ingresaran al material a través de defectos diminutos, tal como podría suceder en dispositivos médicos o apósitos dañados.
Los resultados mostraron que, en todas las especies analizadas, las bacterias crecieron más rápidamente en gels más suaves y húmedos. Por el contrario, los materiales más firmes y con menor contenido de agua ralentizaban consistentemente la expansión bacteriana tanto en la superficie como dentro del gel.
“Debido a su mayor hidratación y elasticidad, los gels más suaves permiten a las bacterias expandirse y facilitan el movimiento de nutrientes a través del material,” afirma Andrea Dsouza, investigadora asociada en la Escuela Médica de Warwick. “Los gels más rígidos con menor contenido acuoso crean una resistencia física mayor y un entorno menos favorable para el crecimiento.”
El equipo también descubrió que las soluciones nutritivas utilizadas para alimentar a las bacterias influían principalmente en el crecimiento al cambiar las propiedades físicas del gel –como la rigidez y la retención de agua– más que al actuar como mejores o peores fuentes alimenticias. Esta observación podría explicar por qué estudios previos sobre el crecimiento bacteriano en gels han producido resultados contradictorios.
Además, los investigadores identificaron un mecanismo más selectivo en acción. En ciertos casos, los gels cargados negativamente repelían a las bacterias que presentaban grupos cargados negativamente en su superficie celular, especialmente a concentraciones más altas del gel, limitando aún más su crecimiento mediante interacciones electrostáticas.
“Al estudiar conjuntamente la rigidez, hidratación, condiciones nutricionales y carga superficial, pudimos construir una imagen mucho más clara sobre cómo los hidrogeles regulan el crecimiento bacteriano,” explica Jérôme Charmet, autor principal del estudio. “Es la combinación de estos factores lo que realmente importa.”
Estos hallazgos ofrecen valiosas orientaciones tanto para microbiologistas interesados en diseñar gels que apoyen mejor los cultivos bacterianos en laboratorio como para científicos de materiales e ingenieros biomédicos que buscan estrategias físicas –en lugar de aditivos químicos o antibióticos– para prevenir que bacterias nocivas se establezcan.
Andrea concluye: “La humedad ayuda a sanar heridas, pero un exceso puede favorecer también a las bacterias. El desafío es diseñar apósitos que mantengan suficiente humedad para la reparación del tejido mientras permanecen mecánicamente hostiles hacia los microbios.”
A medida que aumenta la resistencia a los antibióticos, crear materiales físicamente hostiles hacia las bacterias podría proporcionar una nueva línea defensiva valiosa contra infecciones.
FIN
El artículo titulado ‘Dynamic bacterial growth modulation in structurally distinct and functionally tuneable agarose hydrogels’ ha sido publicado en Communications Materials. DOI: https://doi.org/10.1038/s43246-025-01067-9