Basandosi su un enzima presente in natura, i ricercatori del Rensselaer Polytechnic Institute hanno creato un rivestimento su scala nanometrica per apparecchiature chirurgiche, pareti dell'ospedale, e altre superfici che eliminano in modo sicuro la resistenza alla meticillina Staphylococcus aureus (MRSA), i batteri responsabili delle infezioni resistenti agli antibiotici.

"Stiamo costruendo sulla natura, " ha detto Jonathan S. Dordick, l'Howard P. Isermann Professore di Ingegneria Chimica e Biologica, e direttore del Centro di Rensselaer per la biotecnologia e gli studi interdisciplinari. "Qui abbiamo un sistema in cui la superficie contiene un enzima sicuro da maneggiare, non sembra portare a resistenza, non si disperde nell'ambiente, e non si intasa con detriti cellulari. I batteri MRSA entrano in contatto con la superficie, e vengono uccisi".

Nei test, Il 100 percento di MRSA in soluzione è stato ucciso entro 20 minuti dal contatto con una superficie dipinta con vernice al lattice cucita con il rivestimento.

Il nuovo rivestimento sposa i nanotubi di carbonio con la lisostafina, un enzima naturale utilizzato da ceppi non patogeni di batteri Staph per difendersi dallo Staphylococcus aureus, compreso MRSA. Il risultante "coniugato" nanotubo-enzima può essere miscelato con qualsiasi numero di finiture superficiali - nei test, è stato mescolato con la normale vernice per la casa in lattice.

A differenza di altri rivestimenti antimicrobici, è tossico solo per MRSA, non si affida agli antibiotici, e non rilascia sostanze chimiche nell'ambiente né si intasa nel tempo. Può essere lavato ripetutamente senza perdere efficacia e ha una durata di conservazione a secco fino a sei mesi.

La ricerca, guidato da Dordick e Ravi Kane, un professore nel Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biologica di Rensselaer, insieme alla collaborazione di Dennis W. Metzger presso l'Albany Medical College, e Ravi Pangule, uno studente laureato in ingegneria chimica sul progetto, è stato pubblicato nell'edizione di luglio della rivista ACS Nano , pubblicato dall'American Chemical Society.

Dordick ha affermato che il rivestimento enzimatico di nanotubi si basa su diversi anni di lavoro precedente che incorporano enzimi nei polimeri. Negli studi precedenti, Dordick e Kane hanno scoperto che gli enzimi attaccati ai nanotubi di carbonio erano più stabili e più densamente impacchettati quando incorporati nei polimeri rispetto ai soli enzimi.

"Se mettiamo un enzima direttamente in un rivestimento (come la vernice) questo uscirà lentamente, " Kane ha detto. "Volevamo creare un ambiente stabilizzante, e i nanotubi ci permettono di farlo."

Dopo aver stabilito le basi dell'incorporazione di enzimi nei polimeri, hanno rivolto la loro attenzione alle applicazioni pratiche.

"Ci siamo chiesti:ci sono esempi in natura in cui possono essere sfruttati enzimi che hanno attività contro i batteri?" disse Dordick. La risposta è stata sì e il team si è concentrato rapidamente sulla lisostafina, un enzima secreto da ceppi di Staph non patogeni, innocuo per l'uomo e altri organismi, capace di uccidere Staphylococcus aureus , compreso MRSA, e disponibile in commercio.

"È molto efficace. Se metti una piccola quantità di lisostafina in una soluzione con Staphylococcus aureus , vedrai che i batteri muoiono quasi subito, " ha detto Kane.

La lisostafina agisce prima attaccandosi alla parete cellulare batterica e poi aprendo la parete cellulare (il nome dell'enzima deriva dal greco "lysis" che significa "allentare o rilasciare").

"La lisostafina è eccezionalmente selettiva, " Ha detto Dordick. "Non funziona contro altri batteri e non è tossico per le cellule umane".

L'enzima è attaccato al nanotubo di carbonio con un breve collegamento polimerico flessibile, che migliora la sua capacità di raggiungere i batteri MRSA, disse Kane.

"Più la lisostafina è in grado di muoversi, più è in grado di funzionare." ha detto Dordick.

Hanno testato con successo il risultante coniugato nanotubo-enzima presso l'Albany Medical College, dove Metzger mantiene ceppi di MRSA.

"Alla fine abbiamo un agente molto selettivo che può essere utilizzato in una vasta gamma di ambienti:vernici, Rivestimento, strumenti medici, maniglie delle porte, maschere chirurgiche — ed è attivo ed è stabile, " Ha detto Kane. "È pronto per l'uso quando sei pronto per usarlo."

È probabile che l'approccio nanotubi-enzima si dimostri superiore ai precedenti tentativi di agenti antimicrobici, che si dividono in due categorie:rivestimenti che rilasciano biocidi, o rivestimenti che "lanciano" i batteri.

I rivestimenti che rilasciano biocidi, che funzionano in modo simile alla vernice antivegetativa marina, presentano effetti collaterali dannosi e perdono efficacia nel tempo poiché il loro principio attivo si disperde nell'ambiente.

I rivestimenti che trattengono i batteri, utilizzando policationi anfipatici e peptidi antimicrobici, tendono a intasarsi, perdendo anche efficacia.

Il rivestimento di nanotubi di lisostafina non fa né, disse Dordick.

"Abbiamo passato un bel po' di tempo a dimostrare che l'enzima non usciva dalla vernice durante gli esperimenti antibatterici. Infatti, è stato sorprendente che l'enzima abbia funzionato bene come ha fatto pur rimanendo incorporato vicino alla superficie della vernice, "Dardick ha detto.

L'azione di taglio o "litica" dell'enzima significa anche che il contenuto delle cellule batteriche si disperde, oppure può essere rimosso risciacquando o lavando la superficie.

Kane ha anche affermato che è improbabile che l'MRSA sviluppi resistenza a un enzima naturale.

"La lisostafina si è evoluta nel corso di centinaia di milioni di anni per essere molto difficile da resistere per lo Staphylococcus aureus, " Ha detto Kane. "È un meccanismo interessante utilizzato da questi enzimi di cui ci avvantaggiamo".