I ricercatori dell'UAB e dell'ICN2 hanno sviluppato un materiale innovativo per combattere la diffusione di agenti patogeni, infezioni e resistenza antimicrobica. Ispirato alle sostanze secrete dalle cozze per aderire alle rocce, può essere utilizzato come rivestimento per proteggere i tessuti sanitari e fornisce un'alternativa efficace ai materiali comunemente usati come carta, cotone, maschere chirurgiche e cerotti commerciali.
La ricerca è pubblicata sul Chemical Engineering Journal .
L’uso eccessivo di antibiotici ha portato allo sviluppo della resistenza antimicrobica (AMR), una minaccia crescente per la salute pubblica in tutto il mondo. La resistenza antimicrobica si verifica quando i batteri cambiano nel tempo e non rispondono più a farmaci, antibiotici e altri farmaci antimicrobici correlati, rendendo le infezioni più difficili da trattare e aumentando il rischio di diffusione di agenti patogeni, malattie gravi e morte.
Infatti, l'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) e le Nazioni Unite (ONU) hanno riferito che la resistenza antimicrobica rappresenta una grave minaccia per la salute umana in tutto il mondo, probabilmente superando il cancro come principale causa di morte nel mondo entro il 2050.
In questo scenario, lo sviluppo di materiali antibatterici nuovi e più efficienti è diventato essenziale per ridurre la diffusione degli agenti patogeni, prevenendo così le infezioni. Di rilevanza è il controllo delle popolazioni batteriche in ambienti sanitari come ospedali e altre unità sanitarie per evitare le cosiddette infezioni nosocomiali, dovute principalmente alla colonizzazione batterica su superfici biomediche.
Oggi, questo tipo di infezione è la sesta causa di morte nei paesi industrializzati, e molto più elevata nei paesi in via di sviluppo, colpendo in particolare i pazienti immunocompromessi e in terapia intensiva (ad esempio ustioni) e quelli con patologie croniche come il diabete.
Tra i diversi materiali che possono diffondere popolazioni batteriche, i tessuti rappresentano parte integrante della cura del paziente:dagli abiti di medici, chirurghi e infermieri alle tende mediche, lenzuola, fodere per cuscini, maschere, guanti e bende, che sono direttamente a contatto con suture e ferite. Per tutti questi motivi, i rivestimenti antibatterici per tessuti medicali sono diventati un campo di ricerca molto attivo.
I ricercatori del Dipartimento di Biochimica e Biologia Molecolare dell'UAB, dell'Istituto di Neuroscienze (INc-UAB) e dell'Istituto Catalano di Nanoscienza e Nanotecnologia (ICN2) hanno sviluppato una famiglia di rivestimenti biocompatibili e bioispirati prodotti dalla copolimerizzazione tra catecolo derivati e ligandi ammino-terminali.
Sulla base di ciò, hanno dimostrato che l’uso di questi rivestimenti ispirati alle cozze come materiali antimicrobici efficienti, in base alla loro capacità di evolvere chimicamente nel tempo in presenza di aria e atmosfere umide, favorendo la formazione continua di specie reattive dell’ossigeno (ROS) . Infatti, oltre alla formazione di ROS, la metodologia di sintesi determina un eccesso di gruppi amminici liberi superficiali che inducono la rottura delle membrane dei patogeni.
"Uno dei componenti principali presenti nei rivestimenti (derivati del catecolo e dei polifenoli) si trova nei filamenti secreti dai mitili, che sono responsabili della loro adesione alle rocce in condizioni estreme, sotto acqua salata", spiegano il professore dell'UAB Victor Yuste e il ricercatore dell'ICN2 Salvio Suarez. "Il fatto che i rivestimenti che abbiamo sviluppato siano ispirati a questo organismo consente loro di aderire praticamente a qualsiasi tipo di superficie e, inoltre, sono altamente resistenti a diverse condizioni ambientali come l'umidità o la presenza di fluidi.
"Inoltre, i composti naturali aiutano a ottenere materiali più biodegradabili e biocompatibili con una resistenza antimicrobica inferiore rispetto ad altri sistemi battericidi che finiscono per generare resistenza e, quindi, perdono rapidamente efficacia."
Tutte le attrezzature sanitarie comunemente utilizzate come carta, cotone, maschere chirurgiche e cerotti commerciali hanno mostrato un’attività antibatterica intrinseca multi-pathway con risposte rapide contro un ampio spettro di specie microbiche. Tra questi figurano microrganismi che hanno sviluppato resistenza a condizioni ambientali estreme (come B. subtilis), nonché agenti patogeni considerati la fonte primaria responsabile di molte infezioni attuali, in particolare quelle acquisite nelle strutture sanitarie.
Questi agenti patogeni comprendono microrganismi multiresistenti sia Gram-negativi (E. coli e P. aeruginosa) che Gram-positivi (S. aureus, S. aureus resistente alla meticillina-MRSA ed E. faecalis). Questi materiali hanno dimostrato efficacia anche contro funghi come C. albicans e C. auris.
Inoltre, la sua efficace applicazione è stata dimostrata in atmosfere umide, come quelle che si trovano negli ambienti sanitari, dove sono presenti goccioline respiratorie e/o altri biofluidi, riducendo così i rischi di trasmissione per contatto indiretto. Tale attività antimicrobica è stata attribuita a un processo di uccisione per contatto diretto, in cui l'agente patogeno viene inizialmente attaccato al rivestimento mediante molecole di catecolo e altri derivati polifenolici.
Quindi, viene attivato un effetto antibatterico multi-pathway, focalizzato principalmente su una generazione sostenuta di livelli di biosicurezza di ROS e interazioni elettrostatiche con gruppi amminici protici esposti alla superficie. Questi meccanismi antibatterici hanno indotto una risposta rapida (180 minuti per i batteri e 24 ore per i funghi) ed efficiente (oltre il 99%) contro gli agenti patogeni, causando danni irreversibili ai microrganismi.
Questi rivestimenti innovativi seguono una sintesi semplice e scalabile in un unico passaggio in condizioni blande, utilizzando materiali convenienti e metodologie basate sulla chimica verde. Inoltre, la natura polifenolica delle loro composizioni e l'assenza di ulteriori agenti antimicrobici esterni migliorano la semplicità dei rivestimenti bio-ispirati ed evitano l'induzione della resistenza antimicrobica e i suoi effetti citotossici sulle cellule ospiti e sull'ambiente.
Vale la pena ricordare che diversi parametri come colore, spessore e adesione sono stati messi a punto, offrendo così una soluzione adattabile alle diverse esigenze dell'applicazione del materiale finale. In generale, i rivestimenti di ispirazione biologica progettati hanno dimostrato un enorme potenziale per un'ulteriore applicazione nelle cliniche, poiché rappresentano un'alternativa fattibile ai materiali antimicrobici esistenti.
Ulteriori informazioni: Jose Bolaños-Cardet et al, Rivestimenti a base fenolica bioispirati per tessuti medicali contro la resistenza antimicrobica, Chemical Engineering Journal (2024). DOI:10.1016/j.cej.2024.148674
Fornito da Università Autonoma di Barcellona
