Immagini 3D che mostrano batteri (verde) all'interno di una matrice di biofilm (rosso) con trattamento nanozimatico (destra) e senza trattamento nanozimatico (sinistra). Il nanozima uccide i batteri e inibisce la formazione di biofilm Credito:Kritika Khulbe e Kapudeep Karmakar
In una svolta significativa nella battaglia contro la resistenza agli antibiotici, un gruppo di ricerca dell'Indian Institute of Science (IISc) ha sintetizzato un nanomateriale che imita un enzima e può disintegrare le membrane cellulari di una serie di batteri che causano malattie. Lo studio, pubblicato sulla rivista Materiali biologici applicati ACS, è una collaborazione tra ricercatori del Dipartimento di Chimica Inorganica e Fisica (IPC) e del Dipartimento di Microbiologia e Biologia Cellulare (MCB).
La scoperta degli antibiotici ha rivoluzionato il campo della medicina. Negli anni '60, molti esperti di salute credevano addirittura che la lotta contro le malattie infettive fosse nelle sue fasi finali. Però, gli ultimi decenni hanno visto una nuova sfida:l'evoluzione della resistenza agli antibiotici nei batteri patogeni.
Gli antibiotici agiscono tipicamente interferendo con le attività cellulari dei batteri. Per molte generazioni, grazie in gran parte all'abuso e all'abuso di antibiotici, diversi batteri hanno sviluppato resistenza agli antibiotici producendo i propri enzimi che prendono di mira i farmaci.
Le membrane cellulari di tutti gli organismi, compresi i batteri, hanno due strati di lipidi contenenti molecole di fosfato. "Il fosfolipide è un componente essenziale della membrana cellulare, " spiega Kapudeep Karmakar, un ex dottorato di ricerca studente all'MCB e primo autore congiunto di questo articolo insieme a Kritika Khulbe, ex dottorato di ricerca Studente presso IPC. Perciò, i ricercatori hanno deciso di prendere di mira questi fosfolipidi con l'aiuto di nanomateriali che avrebbero rotto i legami che tengono insieme il doppio strato di membrana. Questi nanomateriali sono noti come nanozimi. Secondo gli autori, poiché i nanozimi prendono di mira direttamente l'integrità chimica dei fosfolipidi per distruggere la membrana cellulare, i batteri hanno meno probabilità di sviluppare resistenza contro di loro.
Immagini di microscopia confocale che mostrano il DNA batterico (magenta) e la membrana cellulare (verde) in una cellula batterica normale (a sinistra). Il DNA fuoriesce dalle cellule batteriche quando viene trattato con nanozima (a destra) che distrugge la membrana cellulare. Credito:Kritika Khulbe e Kapudeep Karmakar
Per sviluppare questo nuovo composto, il team ha sintetizzato un nanozima a base di ossido di cerio utilizzando quello che è noto come metodo di coprecipitazione chimica. Nel passaggio successivo, hanno effettuato una reazione tra ossido di cerio e poliacrilato di sodio in una soluzione basica per rivestire le nanoparticelle con polimeri. Il rivestimento polimerico consente al nanozima di disperdersi su qualsiasi superficie o materiale e ne aumenta l'attività.
Il nanomateriale è stato quindi testato in laboratorio su diversi batteri potenzialmente patogeni come Salmonella Tifi, Shigella flexneri , Escherichia coli , Vibrio cholerae e Klebsiella pneumoniae , che causano il tifo, gastroenterite, dissenteria, rispettivamente colera e polmonite. Quello che il team ha scoperto è che il nanozima ha fermato la loro crescita e successivamente ha inibito la formazione di biofilm, una comunità di batteri densamente popolata.
"La maggior parte degli antibiotici non è in grado di penetrare attraverso i biofilm. I nostri nanomateriali sono stati in grado di penetrare anche a 10 giorni di vita, biofilm ben sviluppato e ha mostrato attività antibatterica all'interno del biofilm a causa delle loro piccole dimensioni, "dice Khulbe.
I ricercatori hanno anche testato il nanozima su cateteri urinari. Questi dispositivi medici sono vulnerabili alla formazione di biofilm patogeno sulle loro superfici, portare a infezioni nei pazienti. In un ambiente di laboratorio, il team ha scoperto che l'adesione batterica alla superficie del catetere si riduce significativamente durante il trattamento con il nanozima. Poiché il nanozima non distingue tra cellule umane e microbiche, i ricercatori hanno rivestito strategicamente solo la superficie interna del catetere per uccidere i microbi. Al fine di utilizzare il loro nanomateriale in altri dispositivi medici, sarebbero necessarie ulteriori ricerche per garantire che non vi sia alcun contatto tra le cellule umane ei nanozimi.
