Una scoperta dei ricercatori dell'Università di Sydney potrebbe sostenere una nuova classe di dispositivi impiantabili che forniscono segnali biologici ai tessuti circostanti per una migliore integrazione con il corpo e una riduzione del rischio di infezione.

La medicina moderna si affida sempre più a dispositivi biomedici impiantabili ma la loro efficacia è spesso limitata a causa della mancata integrazione con il tessuto ospite o dello sviluppo di infezioni non curabili, che richiedono la sostituzione del dispositivo attraverso un intervento di revisione.

Il team dell'Applied Plasma Physics and Surface Engineering Laboratory ha sviluppato tecniche pratiche per guidare e attaccare i peptidi alle superfici; simulazioni ed esperimenti al computer hanno dimostrato il controllo sia dell'orientamento dei peptidi che della concentrazione superficiale, che può essere ottenuto applicando un campo elettrico come quello fornito da una piccola batteria di dimensioni domestiche.

I risultati sono pubblicati oggi in Comunicazioni sulla natura .

L'autore corrispondente, professore di fisica applicata e ingegneria delle superfici, Marcela Bilek, ha affermato che i rivestimenti in biomateriale possono mascherare i dispositivi impiantati e imitare il tessuto circostante.

"Il Santo Graal è una superficie che interagisce senza soluzione di continuità e naturalmente con il tessuto ospite attraverso la segnalazione biomolecolare, " ha detto il professor Bilek, che è membro del Nano Institute dell'Università di Sydney e del Charles Perkins Centre.

Per raggiungere questo obiettivo è necessario un solido fissaggio delle molecole biologiche alla superficie del biodispositivo, come consentito da processi di modifica della superficie unici sviluppati dal professor Bilek.

"Sebbene le proteine ​​siano state utilizzate con successo in una serie di applicazioni, non sempre sopravvivono a duri trattamenti di sterilizzazione - e introducono il rischio di trasferimento di patogeni a causa della loro produzione in microrganismi, "Ha detto il professor Bilek.

Il professor Bilek - insieme al dottor Behnam Akhavan della School of Aerospace, Ingegneria Meccanica e Meccatronica e la Scuola di Fisica e autore principale dottorando, Lewis Martin della School of Physics - stanno esplorando l'uso di brevi segmenti proteici chiamati peptidi che, quando strategicamente progettato, può ricapitolare la funzione della proteina.

Martin ha affermato che il team è stato in grado di regolare l'orientamento di biomolecole estremamente piccole (di dimensioni inferiori a 10 nanometri) sulla superficie. "Abbiamo utilizzato attrezzature specializzate per eseguire gli esperimenti, ma i campi elettrici potrebbero essere applicati da chiunque utilizzi un kit di elettronica domestica, " Egli ha detto.

Il dott. Akhavan ha affermato che supponendo il sostegno e il finanziamento dell'industria per le sperimentazioni cliniche, impianti migliorati potrebbero essere disponibili per i pazienti entro cinque anni.

"L'applicazione del nostro approccio spazia dagli impianti ossei agli stent cardiovascolari e ai vasi sanguigni artificiali, " ha detto il dottor Akhavan.

"Per i dispositivi impiantabili ossei, Per esempio, tali moderne superfici biocompatibili andranno direttamente a beneficio dei pazienti affetti da fratture ossee, osteoporosi, e cancro alle ossa”.

A causa delle loro piccole dimensioni, i peptidi possono essere prodotti sinteticamente e sono resilienti durante la sterilizzazione. La principale difficoltà nell'uso dei peptidi è garantire che siano attaccati a densità appropriate e con orientamenti che espongano efficacemente i loro siti attivi.

Utilizzando campi elettrici applicati e chimica tampone, i ricercatori hanno scoperto diverse nuove leve che controllano l'attaccamento del peptide. La separazione di carica sui peptidi crea momenti di dipolo permanenti che possono essere allineati con un campo elettrico per fornire un orientamento ottimale delle molecole e la quantità di peptide immobilizzato può anche essere regolata dalle interazioni elettrostatiche quando i peptidi hanno una carica complessiva.

Il documento afferma che questa conoscenza viene utilizzata per progettare strategie per creare una nuova generazione di biomolecole sintetiche.

"I nostri risultati fanno luce sui meccanismi di immobilizzazione delle biomolecole che sono estremamente importanti per la progettazione di peptidi sintetici e la biofunzionalizzazione di materiali impiantabili avanzati, "dice il giornale.