Cateter Aprimorado por Inteligência Artificial para Prevenção de ITUs sem Medicamentos.
Um cateter impresso em 3D cria uma pista de obstáculos em miniatura para impedir a entrada de micróbios, combatendo as infecções generalizadas em ambientes hospitalares.
Mais de 100 milhões de pessoas em todo o mundo precisam de um cateter urinário anualmente, o que é crucial após uma cirurgia. No entanto, cerca de um quarto nos países em desenvolvimento e cerca de um oitavo nos EUA que os utilizam podem sofrer de infecções do trato urinário associadas ao cateter (CAUTI) devido à acumulação de bactérias no tubo.
Com a ajuda da inteligência artificial, os investigadores desenvolveram um novo cateter destinado a reduzir significativamente a contaminação bacteriana – até duas ordens de grandeza – sem recorrer a antibióticos. O interior do cateter apresenta formas geométricas tridimensionais que impedem as bactérias, apresentando resultados promissores, de acordo com Glenn Werneburg, urologista da Cleveland Clinic não envolvido no estudo, conforme relatado na Science Advances.
“Num cateter convencional, não há estrutura interna”, explica o coautor do estudo Animashree Anandkumar, um cientista informático do Instituto de Tecnologia da Califórnia. Esta ausência de forma física proporciona um caminho suave para as bactérias ascenderem do exterior e estabelecerem colónias na superfície interna. A acumulação junto à bexiga no cateter pode resultar na entrada de bactérias no trato urinário, contribuindo para as infecções do trato urinário associadas ao cateter (CAUTI).
Historicamente, os médicos têm utilizado revestimentos como antibióticos ou agentes metálicos para combater o crescimento bacteriano nas paredes dos cateteres, mas estes métodos podem ser dispendiosos e cada vez mais ineficazes contra as bactérias resistentes aos antibióticos. O dispositivo inovador adopta uma abordagem diferente, utilizando uma geometria simples em vez de revestimentos especializados. Pequenos sulcos impressos em 3D em forma de triângulos afiados revestem o interior do cateter, criando uma pista de obstáculos para as bactérias. Este design, à medida que as bactérias navegam pelos sulcos, pode potencialmente reduzir a dependência de antibióticos dispendiosos e prolongar a utilização do cateter.
Como um Novo Design de Cateter Otimizado para Al Bloqueia as Bactérias
A Escherichia coli e outras bactérias semelhantes movem-se contra a corrente empregando um movimento de “correr e tombar”, alternando entre mover-se numa direção e breves paragens para reorientação. Um tubo de cateter concebido com otimização de inteligência artificial utiliza este padrão de movimento para guiar as bactérias nocivas para jusante, prevenindo eficazmente as infecções.
Anandkumar e a sua equipa utilizaram a IA para simular eficazmente dezenas de milhares de cateteres modelados digitalmente, procurando o labirinto ideal para repelir bactérias. Depois de identificarem um design que obstruía eficazmente as bactérias virtuais em vários cenários, imprimiram um protótipo em 3D e testaram-no no laboratório utilizando um caldo com bactérias Escherichia coli. Os resultados mostraram que, ao fim de 24 horas, o dispositivo experimental acumulava quase 100 vezes menos colónias de bactérias do que um cateter tradicional impresso em 3D e testado ao mesmo tempo.
A versão atual do novo cateter foi especificamente concebida para resistir à E. coli, um micróbio predominante associado às IACS. Embora eficaz contra esta bactéria, outras espécies podem colonizar os cateteres e provocar infecções. Glenn Werneburg refere que as bactérias nos cateteres formam biofilmes e que as diferentes espécies bacterianas se comportam de forma diferente. Para resolver este problema, a equipa poderá ter de criar, no futuro, um modelo modificado que seja também impermeável a outros micróbios, como as bactérias Enterococcus e Proteus.
Anandkumar reconhece a necessidade de investigação adicional, sublinhando a necessidade de mais dados sobre as propriedades físicas e químicas de vários micróbios para modelar com precisão os novos modelos. Antes da produção generalizada, a equipa deve realizar testes clínicos. Anandkumar prevê o potencial mais vasto da modelação por IA, que vai para além dos cateteres. Aspira a utilizar a IA para conceber medicamentos, hélices de avião eficientes do ponto de vista energético e várias aplicações, afirmando que isto marca apenas o início do potencial impacto da IA.
Leia o Artigo Original: Scientific American
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