Un processo elettrochimico sviluppato presso la Georgia Tech potrebbe offrire una nuova protezione contro le infezioni batteriche senza contribuire alla crescente resistenza agli antibiotici.
L’approccio sfrutta le proprietà antibatteriche naturali del rame e crea strutture aghiformi incredibilmente piccole sulla superficie dell’acciaio inossidabile per uccidere batteri nocivi come E. coli e Staphylococcus. È conveniente ed economico e potrebbe ridurre la necessità di sostanze chimiche e antibiotici negli ospedali, nelle cucine e in altri ambienti in cui la contaminazione superficiale può portare a malattie gravi.
Potrebbe anche salvare vite umane:uno studio globale sulle infezioni resistenti ai farmaci ha scoperto che hanno ucciso direttamente 1,27 milioni di persone nel 2019 e contribuito a quasi 5 milioni di altri decessi, rendendo queste infezioni una delle principali cause di morte per ogni fascia di età.
I ricercatori hanno descritto l'acciaio inossidabile-rame e la sua efficacia il 20 maggio nella rivista Small .
"Uccidere i batteri Gram-positivi senza sostanze chimiche è relativamente facile, ma affrontare i batteri Gram-negativi rappresenta una sfida significativa, a causa della loro membrana cellulare spessa e multistrato. E se questi batteri persistono sulle superfici, possono crescere rapidamente", ha affermato Anuja Tripathi, la autore principale dello studio e studioso post-dottorato presso la Scuola di Ingegneria Chimica e Biomolecolare. "Il mio obiettivo era sviluppare una superficie battericida priva di antibiotici efficace contro i batteri Gram-negativi e Gram-positivi."
Tripathi e i suoi colleghi:William R. McLain, professoressa Julie Champion ed ex Ph.D. studenti Jaeyoung Park e Thomas Pho, hanno prodotto un uno-due che supera queste sfide e non aiuta i batteri a sviluppare resistenza ai farmaci.
Il team ha innanzitutto sviluppato un metodo elettrochimico per incidere la superficie dell’acciaio inossidabile, creando sulla superficie strutture aghiformi di dimensioni nanometriche in grado di perforare le membrane cellulari dei batteri. Quindi, con un secondo processo elettrochimico, i ricercatori hanno depositato ioni rame sulla superficie dell'acciaio.
Il rame interagisce con le membrane cellulari e alla fine le compromette.
"L'acciaio inossidabile nanostrutturato può uccidere sia i batteri Gram-negativi che quelli Gram-positivi, ma noi volevamo potenziare l'attività antibatterica per le superfici che possono essere altamente contaminate", ha affermato Tripathi. "Il rivestimento in rame dell'acciaio inossidabile nanostrutturato ci ha conferito un'attività antibatterica molto elevata."
Nonostante le note proprietà antibatteriche del rame, non è ampiamente utilizzato per combattere la contaminazione superficiale perché è costoso. L'approccio di Tripathi deposita solo un sottile strato di ioni rame sull'acciaio inossidabile, quindi è conveniente senza compromettere l'attività antibatterica del materiale.
Insieme, i doppi attacchi hanno portato a una riduzione del 97% dei batteri Gram-negativi dell'E. coli e del 99% dei batteri Gram-positivi dell'epidermide Staphylococcus nello studio del gruppo.
Tripathi ha affermato che l’acciaio inossidabile potrebbe essere utilizzato per strumenti comuni in ambito medico che si sporcano facilmente, come forbici o pinzette. Potrebbe essere utilizzato per maniglie di porte, ringhiere per scale e forse anche per lavandini, luoghi in cui l'acciaio inossidabile è spesso il materiale preferito e i batteri superficiali sono comuni, soprattutto negli ospedali o in altri ambienti condivisi.
Il processo sviluppato da lei e dai suoi colleghi potrebbe essere utile anche nel settore della ristorazione. Tripathi ha affermato che l'approccio potrebbe essere incorporato abbastanza facilmente nei processi industriali esistenti, dove vengono già utilizzati diversi metodi di rivestimento elettrochimico per i contenitori per la conservazione degli alimenti in acciaio inossidabile.
Tripathi ha affermato che il lavoro futuro esaminerà se l’acciaio inossidabile nanostrutturato rivestito di rame è efficace contro altri tipi di cellule dannose per la salute umana. È anche interessata a verificare se l'acciaio potrebbe essere utilizzato per impianti medici per aiutare a scongiurare le infezioni.
Dato che si è rivelato efficace contro il fastidioso Escherichia coli, è fiduciosa.
"Riflettendo su una recente epidemia di E. coli nei negozi di alimentari di Calgary, in Canada, sono stato particolarmente motivato nella mia ricerca, riconoscendo l'urgente rilevanza e significato della lotta contro batteri così resistenti sulle superfici", ha affermato Tripathi. "Possono essere difficili da eliminare. Quindi, se riusciamo a eliminare efficacemente l'E. coli, abbiamo buone possibilità di sradicare molti batteri dalle superfici."
Ulteriori informazioni: Anuja Tripathi et al, Doppie proprietà antibatteriche dell'acciaio inossidabile nanostrutturato rivestito di rame, Piccolo (2024). DOI:10.1002/piccolo.202311546
Informazioni sul giornale: Piccolo
Fornito dal Georgia Institute of Technology
