Un ingrediente comune nella protezione solare potrebbe essere un efficace rivestimento antibatterico per impianti medici come pacemaker e protesi articolari.

I ricercatori dell'Università del Michigan hanno scoperto che un rivestimento di nanopiramidi di ossido di zinco può interrompere la crescita di quelli resistenti alla meticillina Staphylococcus aureus (MRSA), riducendo il film sui materiali trattati di oltre il 95%. Circa un milione di dispositivi medici impiantati vengono infettati ogni anno da MRSA e altre specie batteriche.

"È estremamente difficile trattare queste infezioni, " ha detto J. Scott VanEpps, un docente clinico e ricercatore presso il dipartimento di medicina d'urgenza della U-M Medical School, il cui team ha condotto lo studio biologico.

Il trattamento prevede un lungo ciclo di antibiotici, che può portare a resistenza agli antibiotici ed effetti collaterali tossici, o gli impianti devono essere sostituiti chirurgicamente, che può essere piuttosto esteso per dispositivi come valvole cardiache e protesi articolari, ha detto VanEpps.

Idealmente, i medici vorrebbero innanzitutto prevenire il verificarsi delle infezioni. Un'opzione è rivestire i dispositivi con qualcosa su cui i batteri non possono crescere. I nuovi risultati, pubblicato sulla rivista Nanomedicina , suggeriscono che un tale rivestimento potrebbe essere costituito da nanoparticelle di ossido di zinco, un ingrediente per la crema solare e per la dermatite da pannolino che rende la lozione più densa e relativamente opaca.

Se le nanoparticelle hanno la forma di una piramide con base esagonale, sono molto efficaci nell'impedire a un enzima chiamato beta-galattosidasi di scomporre il lattosio negli zuccheri più piccoli glucosio e galattosio, che i batteri usano come carburante.

La forma è importante, sia per l'enzima che per le nanoparticelle. L'enzima deve essere in grado di ruotare per tagliare il lattosio negli zuccheri più piccoli. Due amminoacidi, o blocchi di proteine, sedersi uno di fronte all'altro attraverso un solco nell'enzima. Il lattosio si inserisce nel solco, e gli amminoacidi si uniscono per catalizzare la rottura in glucosio e galattosio.

"Sebbene siano necessari ulteriori studi, crediamo che le nanopiramidi di ossido di zinco interferiscano con questo movimento di torsione, " ha detto Nicholas Kotov, il Professore di Ingegneria Chimica Joseph B. e Florence V. Cejka, il cui gruppo ha prodotto le nanoparticelle.

La ricerca del team suggerisce che parte della nanoparticella, un bordo o un punto, si inserisce nel solco. Intasando solo uno dei quattro solchi, le nanoparticelle possono spegnere l'intero enzima prevenendo l'azione di torsione.

Per esplorare il concetto di rivestimento antibatterico, Il gruppo di Kotov ha coperto alcuni pioli con le nanopiramidi e poi il team di VanEpps li ha inseriti in una sostanza che avrebbe permesso ai batteri di crescere. Hanno valutato quattro specie di batteri su pioli rivestiti e non rivestiti:due specie di stafilococco (incluso MRSA), una specie che causa la polmonite e E. coli .

Dopo 24 ore di crescita, il numero di cellule stafilococciche vitali recuperate dai pioli rivestiti era del 95 percento inferiore a quello dei pioli non rivestiti. La polmonite e E. coli specie erano meno sensibili alle nanoparticelle.

"Mentre il rivestimento non è stato in grado di sradicare completamente tutte le cellule stafilococciche, questa drastica riduzione potrebbe probabilmente consentire il successo dei trattamenti antibiotici o semplicemente consentire al sistema immunitario umano di prendere il sopravvento senza la necessità di antibiotici, ", ha detto VanEpps.

stafilococco, compreso MRSA, è particolarmente vulnerabile alle nanopiramidi perché la sua parete cellulare è una matrice di proteine ​​e zuccheri. Il team sospetta che mentre l'MRSA ha cercato di colonizzare i pioli, le nanopiramidi legate agli enzimi che costruiscono la parete cellulare. Poiché gli enzimi non sono in grado di mantenere la parete cellulare, le cellule si sono rotte.

Se è davvero così che funzionano le nanopiramidi, allora il rivestimento non dovrebbe essere un problema per le cellule umane, le cui custodie a membrana non hanno le stesse vulnerabilità. Potrebbe anche spiegare perché il rivestimento non è altrettanto efficace su E. coli , che non indossa i suoi enzimi della parete cellulare sulla manica.

Molti ostacoli si frappongono tra il rivestimento di nanoparticelle e l'uso clinico nei pazienti. I ricercatori devono scoprire come un tale rivestimento influenzerebbe le cellule umane vicino all'impianto ed esplorare come le nanopiramidi influenzano altri enzimi nell'uomo e nei batteri.

"La forte attività antibatterica contro MRSA e altri agenti patogeni è una scoperta entusiasmante, " ha detto Kotov. "Vogliamo comprendere meglio i meccanismi della funzione antibatterica per mettere a punto la sua attività inibitoria e per identificare le somiglianze strutturali tra gli enzimi che le nanoparticelle piramidali possono inibire".