Matemàtiques per protegir els bacteriòfags sense impedir que actuïn
Una recerca desenvolupada per investigadors del Departament de Matemàtiques de la UAB i del Centre de Recerca Matemàtica (CRM) presenta un model que descriu el comportament dels bacteriòfags encapsulats dins el tracte gastrointestinal. El seu objectiu és entendre millor els avantatges i les limitacions de l'encapsulació i determinar en quines condicions aquesta estratègia pot contribuir a millorar l'eficàcia dels tractaments.
Els bacteriòfags, virus capaços d'infectar i destruir bacteris, són considerats una de les alternatives més prometedores davant el creixent problema de la resistència als antibiòtics. Davant l'augment de les resistències antimicrobianes, aquests virus han esdevingut una de les alternatives terapèutiques més prometedores als antibiòtics convencionals. Tanmateix, perquè aquests tractaments siguin efectius, els bacteriòfags han de superar diversos obstacles abans d'arribar al focus d'una infecció. Quan s'administren per via oral, per exemple, han de travessar entorns hostils com l'estómac, on una part dels virus pot degradar-se abans d'arribar al seu destí.
Per protegir-los durant aquest trajecte, diversos grups de recerca han desenvolupat sistemes d'encapsulació basats en microcàpsules. Aquestes estructures protegeixen els bacteriòfags durant el pas pel sistema digestiu, però introdueixen un nou repte: mentre els virus romanen dins de la càpsula, no poden infectar bacteris. Entendre l'equilibri entre protecció i alliberament és una qüestió clau per optimitzar aquest tipus de teràpies.
Una recerca desenvolupada per Sílvia Cuadrado, professora del Departament de Matemàtiques de la UAB i investigadora afiliada al CRM, conjuntament amb els investigadors del Departament de Matemàtiques de la UAB Carles Barril i Xavier Bardina, presenta un model que descriu el comportament dels bacteriòfags encapsulats dins del tracte gastrointestinal. El seu objectiu és entendre millor els avantatges i les limitacions de l'encapsulació i determinar en quines condicions aquesta estratègia pot contribuir a millorar l'eficàcia dels tractaments.
El marc matemàtic proposat permet seguir el recorregut dels bacteriòfags des del moment de la seva administració fins a la seva arribada al focus infecciós. Això permet analitzar com s'alliberen progressivament de les càpsules, com es desplacen pel sistema digestiu i com interactuen posteriorment amb els bacteris.
Com explica la investigadora Sílvia Cuadrado, "el nostre model descriu la dinàmica dels bacteriòfags encapsulats al tracte gastrointestinal i aborda la qüestió central de trobar l'equilibri entre la protecció i l'alliberament dels bacteriòfags per maximitzar l'eficàcia terapèutica."
Una de les principals contribucions del treball és la incorporació explícita del procés d'encapsulació en un model matemàtic de teràpia amb bacteriòfags, un aspecte que havia estat poc explorat fins ara a la literatura científica. A més, el model diferencia entre la dosi administrada i la dosi efectiva, és a dir, la quantitat real de bacteriòfags que acaba estant disponible per combatre la infecció.
D'aquesta manera, les matemàtiques contribueixen a respondre preguntes difícils d'abordar experimentalment: quants bacteriòfags arriben realment al seu destí? Quines característiques haurien de tenir les microcàpsules? Amb quina freqüència s'haurien d'administrar per maximitzar l'efectivitat terapèutica?
Més que proporcionar una recepta clínica específica, el model desenvolupat pels investigadors ofereix una eina per explorar virtualment diferents estratègies d'encapsulació i administració abans de dur a terme assajos experimentals complexos. Aquest enfocament podria ajudar en el futur a dissenyar teràpies amb bacteriòfags més eficaces i adaptades a diferents tipus d'infecció.
Els autors assenyalen, però, que les prediccions del model hauran de ser validades experimentalment. Entre les futures línies de recerca destaquen l'estudi de nous mecanismes d'alliberament dels bacteriòfags, la incorporació d'efectes estocàstics que descriguin de manera més realista poblacions virals petites i l'extensió del model a sistemes formats per múltiples compartiments biològics.
En conjunt, el treball mostra com les matemàtiques poden contribuir al desenvolupament de noves estratègies terapèutiques, ajudant a optimitzar tractaments basats en bacteriòfags abans de la seva validació experimental.
Article de referència:
C. Barril, X. Bardina, and S. Cuadrado, Dynamics of Encapsulated Bacteriophage in the Gastrointestinal Tract, Mathematical Methods in the Applied Sciences (2026): 4198–4213, https://doi.org/10.1002/mma.70342.