I batteri resistenti agli antibiotici che colonizzano le superfici e le apparecchiature mediche stanno causando un preoccupante aumento annuale del numero di pazienti che vengono infettati negli ospedali e nelle cliniche. Un team KAUST sta lavorando per ridurre questi numeri con un polimero intelligente che cambia colore e attiva enzimi antimicrobici naturali quando viene rilevata una contaminazione batterica.

L'esposizione costante ai batteri salivari rende gli strumenti dentali, come lastre di imaging a raggi X riutilizzabili, ambienti ideali per i biofilm virulenti. Una soluzione a questo problema è rivestire i dispositivi con polimeri incorporati con cristalli su scala nanometrica che rilasciano lentamente ioni d'argento, un agente biocida ad ampio spettro. Però, sfide con la lisciviazione di nanoparticelle, hanno ostacolato il progresso di questa tecnologia.

Professore Associato Niveen Khashab, il suo dottorato di ricerca lo studente Shahad Alsaiari e i colleghi dell'Advanced Membranes and Porous Materials Center dell'Università si sono resi conto che il passaggio alle nanoparticelle d'oro potrebbe fornire capacità di rilevamento dei rivestimenti antimicrobici:questi minuscoli cristalli hanno proprietà ottiche sensibili che possono essere sintonizzate per individuare interazioni biomolecolari specifiche. Ma incorporarli in modo sicuro nei polimeri richiedeva nuovi tipi di nanoriempitivi.

"I nanofiller sono piccoli agenti chimici distribuiti nella matrice di un composito polimerico, " ha spiegato Khashab. "Sono drogati, quindi migliorano il materiale normale e introducono nuove proprietà, nel nostro caso, rendendo il rivestimento antibatterico."

L'approccio del team utilizza nanocluster d'oro trattati con enzimi lisozimici che hanno difese innate contro gli agenti patogeni, come Escherichia coli, comunemente noto come E. coli. Hanno attaccato questi colloidi alla superficie di leggermente più grande, nanoparticelle porose di silice riempite con molecole di farmaci antibiotici.

Normalmente, questo complesso oro-silice emette incandescente, luce fluorescente rossa. Ma quando le unità di lisozima incontrano batteri, una forte attrazione per le pareti cellulari strappa i nanocluster d'oro dai loro partner di silice, un'azione che disattiva simultaneamente la fluorescenza e rilascia il carico antibiotico.

Gli esperimenti di miscelazione hanno rivelato che i nanoriempitivi a base d'oro si sono integrati completamente nei compositi polimerici e hanno mostrato una lisciviazione minima durante le prove con E. coli. Khashab attribuisce queste favorevoli interazioni polimeriche ai bordi affilati esposti dei grappoli d'oro sulle sfere di silice

I ricercatori hanno testato il loro concetto confrontando piastre dentali a raggi X con e senza il rivestimento polimerico intelligente. Entrambi i campioni hanno prodotto le stesse immagini ad alta risoluzione dei denti e della struttura ossea. Però, solo la piastra rivestita ha consentito una rapida valutazione visiva della contaminazione batterica, semplicemente illuminando il dispositivo con una lampada UV e cercando il cambiamento di colore. Il rilascio riuscito dell'agente antibatterico ha anche ridotto drasticamente l'accumulo di biofilm.

"Il processo di rivestimento è facile, " ha osservato Khashab. "Stiamo cercando di migliorare questa tecnologia per includere altri dispositivi medici di diverse dimensioni e forme".