Le immagini al microscopio elettronico a scansione danno una prova schiacciante della differenza. A sinistra:sulla superficie del policaprolattone si forma un biofilm, una plastica biodegradabile frequentemente utilizzata in medicina. A destra:la seta di ragno non consente la formazione di biofilm. Credito:Gregor Lang.
I nuovi biomateriali sviluppati presso l'Università di Bayreuth eliminano il rischio di infezione e facilitano i processi di guarigione. Un team di ricerca guidato dal Prof. Dr. Thomas Scheibel è riuscito a combinare queste proprietà dei materiali che sono molto importanti per la biomedicina. Questi materiali nanostrutturati sono basati su proteine della seta di ragno. Impediscono la colonizzazione di batteri e funghi, ma allo stesso tempo assistere in modo proattivo nella rigenerazione dei tessuti umani. Sono quindi ideali per impianti, medicazioni per ferite, protesi, lenti a contatto, e altri aiuti quotidiani. Gli scienziati hanno presentato la loro innovazione sulla rivista Materiali oggi .
È un rischio di infezione ampiamente sottovalutato:microbi che si depositano sulle superfici di oggetti indispensabili nella terapia medica o per la qualità della vita in generale. Gradualmente, formano un denso, biofilm spesso invisibile che non può essere facilmente rimosso, anche da detergenti, e che spesso è resistente agli antibiotici e agli antimicotici. Batteri e funghi possono quindi migrare nel tessuto adiacente dell'organismo. Di conseguenza, non solo interferiscono con vari processi di guarigione, ma può anche causare infezioni pericolose per la vita.
Con un nuovo approccio di ricerca, Gli scienziati dell'Università di Bayreuth hanno ora trovato una soluzione a questo problema. Utilizzando proteine della seta di ragno prodotte biotecnologicamente, hanno sviluppato un materiale che impedisce l'adesione di microbi patogeni. Anche gli streptococchi, resistente a più agenti antibatterici (MRSA), non hanno possibilità di depositarsi sulla superficie del materiale. Biofilm che crescono su strumenti medici, attrezzatura sportiva, lenti a contatto, protesi, e altri oggetti di uso quotidiano potrebbero quindi essere presto storia.
Inoltre, i materiali sono progettati per favorire contemporaneamente l'adesione e la proliferazione delle cellule umane sulla loro superficie. Se possono essere utilizzati per es. medicazioni per ferite, sostituzione della pelle, o impianti, supportano in modo proattivo la rigenerazione dei tessuti danneggiati o persi. A differenza di altri materiali che sono stati precedentemente utilizzati per rigenerare i tessuti, il rischio di infezione è intrinsecamente eliminato. I rivestimenti resistenti ai microbi per una varietà di applicazioni biomediche e tecniche saranno quindi disponibili nel prossimo futuro.
Prof. Dr.-Ing. Gregor Lang esaminando l'infestazione microbica tramite microscopia elettronica a scansione. Credito:UBT/Christian Wißler.
I ricercatori di Bayreuth hanno finora testato con successo la funzione repellente ai microbi su due tipi di materiali in seta di ragno:su film e rivestimenti spessi solo pochi nanometri e su scaffold idrogel tridimensionali che possono fungere da precursori per la rigenerazione dei tessuti. "Le nostre indagini fino ad oggi hanno portato a una scoperta assolutamente rivoluzionaria per il futuro lavoro di ricerca. In particolare, le proprietà antimicrobiche dei biomateriali che abbiamo sviluppato non si basano su sostanze tossiche, cioè non distrugge le cellule, effetti. Il fattore decisivo risiede piuttosto nelle strutture a livello nanometrico, che rendono le superfici in seta di ragno repellenti ai microbi. Rendono impossibile agli agenti patogeni di attaccarsi a queste superfici", spiega il Prof. Dr. Thomas Scheibel, chi è la Cattedra di Biomateriali presso l'Università di Bayreuth.
"Un altro aspetto affascinante è che la natura ha dimostrato ancora una volta di essere il modello ideale per concetti di materiali altamente avanzati. La seta di ragno naturale è altamente resistente alle infestazioni microbiche e la riproduzione di queste proprietà in modo biotecnologico è una svolta", aggiunge il Prof. Dr.-Ing. Gregor Lang, uno dei due primi autori e capo del gruppo di ricerca di Biopolymer Processing presso l'Università di Bayreuth.
Nei laboratori di Bayreuth, le proteine della seta di ragno sono state progettate specificamente con varie nanostrutture al fine di ottimizzare le proprietà rilevanti dal punto di vista biomedico per applicazioni specifiche. Di nuovo, le strutture di ricerca in rete nel campus di Bayreuth hanno dimostrato il loro valore. Insieme al Bavarian Polymer Institute (BPI), altri tre istituti di ricerca interdisciplinari dell'Università di Bayreuth sono stati coinvolti in questa svolta nella ricerca:il Bayreuth Center for Material Science &Engineering (BayMAT), il Centro di Bayreuth per colloidi e interfacce (BZKG), e il Centro di Bayreuth per le bioscienze molecolari (BZKG).
