Questa immagine al microscopio elettronico a scansione rivela come le cellule di Staphylococcus Aureus interagiscono fisicamente con una nanostruttura. Una cellula batterica (blu) è incorporata all'interno del foro cavo del nanopilastro e diverse cellule si aggrappano alle pareti curve del nanopilastro. Credito:laboratorio Mofrad e Istituto di ricerca sulla nanomeccanica
Il batterio Staphylococcus aureus ( S. aureus ) è una fonte comune di infezioni che si verificano dopo interventi chirurgici che coinvolgono protesi articolari e valvole cardiache artificiali. Il microrganismo a forma di uva aderisce alle apparecchiature mediche, e se entra nel corpo, può causare una malattia grave e persino pericolosa per la vita chiamata infezione da stafilococco. La recente scoperta di ceppi farmacoresistenti di S. aureus peggiora ulteriormente le cose.
Un'infezione da stafilococco non può iniziare a meno che Stafilococco le cellule prima si aggrappano a una superficie, però, ecco perché gli scienziati sono al lavoro per esplorare materiali resistenti ai batteri come linea di difesa.
Questa ricerca è ora su scala nanometrica, grazie a un team di ricercatori guidati dagli scienziati del Berkeley Lab. hanno indagato, per la prima volta, come individuale? S. aureus le cellule si incollano su nanostrutture metalliche di varie forme e dimensioni che non sono molto più grandi delle cellule stesse.
Hanno scoperto che l'adesione batterica ei tassi di sopravvivenza variano a seconda della forma della nanostruttura. Il loro lavoro potrebbe portare a una comprensione più sfumata di ciò che rende una superficie meno invitante per i batteri.
"Capendo le preferenze dei batteri durante l'adesione, i dispositivi di impianto medico possono essere fabbricati per contenere caratteristiche superficiali immuni all'adesione dei batteri, senza la necessità di alcuna modifica chimica, "dice Mohammad Mofrad, uno scienziato di facoltà nella divisione di bioscienze fisiche del Berkeley Lab e professore di bioingegneria e ingegneria meccanica all'Università di Berkeley.
Mofrad ha condotto la ricerca con Zeinab Jahed della Divisione di Bioscienze Fisiche, l'autore principale dello studio e uno studente laureato presso il laboratorio di biomeccanica delle cellule molecolari dell'UC Berkeley di Mofrad, in collaborazione con scienziati dell'Università canadese di Waterloo.
Immagine al microscopio elettronico a scansione di cellule batteriche (blu) sospese dalle sporgenze della nanostruttura a forma di fungo. Credito:laboratorio Mofrad e Istituto di ricerca sulla nanomeccanica
La loro ricerca è stata recentemente pubblicata online sulla rivista Biomateriali .
Gli scienziati hanno prima utilizzato tecniche litografiche e galvaniche a fascio di elettroni per fabbricare nanostrutture di nichel di varie forme, compresi i pilastri solidi, pilastri scavati, pilastri a forma di c, e colonne a forma di x. Queste caratteristiche hanno diametri esterni di appena 220 nanometri. Hanno anche creato nanostrutture a forma di fungo con piccoli steli e grandi sporgenze.
hanno presentato S. aureus cellule a queste strutture, ha dato alle cellule il tempo di attaccarsi, e quindi risciacquare le strutture con acqua deionizzata per rimuovere tutti i batteri tranne quelli più solidamente legati.
La microscopia elettronica a scansione ha rivelato quali forme sono le più efficaci nell'inibire l'adesione batterica. Gli scienziati hanno osservato tassi di sopravvivenza dei batteri più elevati sui pilastri di forma tubolare, dove le singole celle erano parzialmente incorporate nei fori. In contrasto, pilastri senza fori avevano i tassi di sopravvivenza più bassi.
Gli scienziati hanno anche scoperto che S. aureus le cellule possono aderire a un'ampia gamma di superfici. Le cellule non solo aderiscono alle superfici orizzontali, come previsto, ma a caratteristiche molto curve, come le pareti laterali dei pilastri. Le cellule possono anche essere sospese dalle sporgenze di nanostrutture a forma di fungo.
"I batteri sembrano percepire la nanotopografia della superficie e formare aderenze più forti su specifiche nanostrutture, "dice Jahed.
