Il polimero proposto, con la sua spina dorsale mostrata in blu, crea regioni con un'elevata densità locale di unità laterali in rame (pendenti). Questo aiuta a ridurre Cu(II) a Cu(I), la fase più difficile della reazione redox mostrata, per produrre in definitiva più radicali idrossilici (-OH). Credito:assistente professore Shigehito Osawa
La scoperta degli antibiotici è stata un'enorme svolta in medicina, che ha contribuito a salvare innumerevoli vite. Sfortunatamente, il loro uso diffuso ha portato alla rapida evoluzione di ceppi batterici altamente resistenti, che minacciano di riportare l'umanità al punto di partenza nella lotta contro le malattie infettive. Anche se i ricercatori stanno cercando nuovi concetti di design per i farmaci antibatterici, lo sviluppo complessivo di nuovi agenti è attualmente in calo.
Per affrontare questo grave problema, scienziati dell'Università delle Scienze di Tokyo, Giappone, stanno esplorando un nuovo approccio per aumentare l'attività antibatterica in vivo del perossido di idrogeno (H 2 oh 2 ), un disinfettante di uso comune. In un recente studio pubblicato su Comunicazioni rapide macromolecolari , un team guidato dall'assistente professore Shigehito Osawa e dal professor Hidenori Otsuka ha riportato il loro successo nel migliorare H 2 oh 2 attività utilizzando polimeri contenenti rame accuratamente adattati.
Per capire il loro approccio, aiuta sapere come H 2 oh 2 agisce contro i batteri in primo luogo, e il ruolo che gioca il rame. h 2 oh 2 può essere decomposto in un radicale ossidrile (OH) e un anione idrossido (OH-), il primo dei quali è altamente tossico per i batteri poiché distrugge facilmente alcune biomolecole. Rame nel suo primo stato di ossidazione, Cu(io), può catalizzare la scissione di H 2 oh 2 in un radicale ossidrile e un anione idrossido, trasformandosi in Cu(II) nel processo attraverso l'ossidazione. Curiosamente, h 2 oh 2 può anche catalizzare la riduzione di Cu(II) a Cu(I), ma solo se questa reazione è in qualche modo facilitata. Un modo per ottenere ciò è far avvicinare abbastanza i complessi contenenti Cu(II).
Però, quando si utilizzano complessi contenenti Cu(II) disciolti in una soluzione, l'unico modo per avvicinarsi l'uno all'altro è urtarsi accidentalmente l'uno con l'altro, che richiede una concentrazione di rame eccessivamente elevata. Il team ha trovato una soluzione a questo problema traendo ispirazione dalla chimica cellulare, come spiega il dottor Osawa:"Negli organismi viventi, il rame forma complessi con le proteine per catalizzare efficacemente le reazioni redox. Per esempio, la tirosinasi ha due siti complessi di rame in stretta vicinanza l'uno all'altro, che facilita la formazione di intermedi di reazione tra specie di ossigeno e complessi di rame. Abbiamo pensato di poter sfruttare questo tipo di meccanismo in polimeri prodotti artificialmente con complessi di rame, anche se disperso in una soluzione."
Con questa idea, i ricercatori hanno sviluppato una lunga catena polimerica con dipicolilammina (DPA) come complessi contenenti rame. Questi complessi DPA-rame erano attaccati alla lunga dorsale polimerica come "gruppi pendenti". Quando questi polimeri sono dispersi in una soluzione, gli atomi di Cu(II) nei gruppi pendenti sono mantenuti molto vicini e localmente a densità elevate, aumentando notevolmente le possibilità che due di essi siano abbastanza vicini da essere ridotti a Cu(I) da H 2 oh 2 . Attraverso vari esperimenti, gli scienziati hanno dimostrato che l'uso di questi polimeri su misura ha portato a una maggiore attività catalitica per la scissione di H 2 oh 2 , con conseguente maggiore OH anche per concentrazioni inferiori di rame. Ulteriori test utilizzando colture di Escherichia coli hanno mostrato che questi polimeri hanno notevolmente migliorato il potenziale antibatterico di H 2 oh 2 .
Mentre i risultati di questo studio aprono una nuova strada progettuale per i farmaci antimicrobici, ci possono essere utili applicazioni anche nell'industria alimentare. "Poiché il rame è un nutriente essenziale per gli organismi viventi, l'agente antibatterico sviluppato in questo studio promette di essere un efficiente conservante alimentare, che potrebbero contribuire ad aumentare la varietà degli alimenti che possono essere conservati per lunghi periodi di conservazione, " sottolinea il dottor Osawa. Speriamo che questa nuova strategia ci renda più facile tenere a bada le minacce microscopiche.
