Un nuovo studio suggerisce che le superfici ruvide ispirate alle punte che uccidono i batteri sulle ali degli insetti potrebbero essere più efficaci di quanto si pensasse in precedenza nel combattere i superbatteri resistenti ai farmaci, compresi i funghi.
L'aumento dei tassi di infezioni resistenti ai farmaci preoccupa gli esperti sanitari di tutto il mondo.
Per evitare infezioni attorno agli impianti, come quelli dell'anca in titanio o delle protesi dentali, i medici utilizzano una serie di rivestimenti antimicrobici, sostanze chimiche e antibiotici, ma questi non riescono a fermare i ceppi resistenti agli antibiotici e possono persino aumentare la resistenza.
Per affrontare queste sfide, gli scienziati dell'Università RMIT hanno progettato un modello di punte su microscala che possono essere incise su impianti di titanio o altre superfici per fornire una protezione efficace e senza farmaci da batteri e funghi.
Lo studio del team è stato pubblicato su Advanced Materials Interfaces ha testato l'efficacia della superficie alterata del titanio nell'uccidere la Candida multiresistente ai farmaci, un fungo potenzialmente mortale responsabile di un'infezione da dispositivi medici su 10 acquisita in ospedale.
Le punte appositamente progettate, ciascuna di altezza simile a quella di una cellula batterica, hanno distrutto circa la metà delle cellule subito dopo il contatto.
Significativamente, l'altra metà non immediatamente distrutta è stata resa inutilizzabile a causa delle ferite riportate, incapace di riprodursi o di causare infezioni.
Il ricercatore capo post-dottorato, il dottor Denver Linklater, ha affermato che l'analisi metabolica dell'attività proteica ha rivelato che sia le cellule di Candida albicans che quelle di funghi Candida auris multiresistenti che si trovavano ferite sulla superficie erano praticamente morte.
"Le cellule di Candida che sono state danneggiate hanno subito un intenso stress metabolico, impedendo il processo in cui si riproducono per creare un biofilm fungino mortale, anche dopo sette giorni", ha affermato Linklater, della School of Science del RMIT. "Non potevano essere rianimati in un ambiente privo di stress e alla fine si spegnevano in un processo noto come apoptosi, o morte cellulare programmata."
L'efficacia della superficie contro i comuni batteri patogeni, incluso lo stafilococco dorato, è stata dimostrata in uno studio precedente pubblicato su Materialia .
Il leader del gruppo, l'illustre professoressa Elena Ivanova, ha affermato che le ultime scoperte fanno luce sulla progettazione di superfici antifungine per prevenire la formazione di biofilm da parte di lieviti pericolosi e multiresistenti.
"Il fatto che le cellule siano morte dopo il contatto iniziale con la superficie - alcune per rottura e altre per morte cellulare programmata subito dopo - suggerisce che la resistenza a queste superfici non sarà sviluppata", ha detto. "Si tratta di una scoperta significativa e suggerisce anche che potrebbe essere necessario ripensare il modo in cui misuriamo l'efficacia delle superfici antimicrobiche."
Negli ultimi dieci anni sono stati compiuti progressi nella progettazione di superfici che uccidono i superbatteri al contatto. Tuttavia, trovare i giusti tipi di modelli superficiali per eliminare il 100% dei microbi in modo che alcuni non sopravvivano fino a diventare resistenti è una sfida continua.
"Questo ultimo studio suggerisce che potrebbe non essere del tutto necessario che tutte le superfici eliminino tutti gli agenti patogeni immediatamente dopo il contatto se possiamo dimostrare che le superfici causano la morte cellulare programmata nelle cellule sopravvissute, il che significa che muoiono a prescindere," ha detto.
Il gruppo di ricerca sui materiali meccano-biocidi multifunzionali dell'RMIT è leader mondiale da oltre un decennio nello sviluppo di superfici antimicrobiche ispirate ai nanopilastri che ricoprono le ali di libellula e cicala. La stessa Ivanova è stata tra le prime a osservare come, quando i batteri si depositano sull'ala di un insetto, la struttura dei nanopilastri separa le cellule, rompendo fatalmente le membrane.
"È come allungare un guanto di lattice", ha detto Ivanova. "Man mano che si allunga lentamente, il punto più debole del lattice diventerà più sottile e alla fine si strapperà."
Il suo team ha trascorso gli ultimi dieci anni a replicare le nanopile di questi insetti in nanomodelli propri, con quest'ultimo progresso ottenuto utilizzando una tecnica chiamata incisione al plasma per creare il modello antibatterico e antifungino nel titanio.
Ivanova ha affermato che la tecnica di incisione relativamente semplice potrebbe essere ottimizzata e applicata a un'ampia gamma di materiali e applicazioni.
"Questa nuova tecnica di modificazione della superficie potrebbe avere potenziali applicazioni nei dispositivi medici, ma potrebbe anche essere facilmente ottimizzata per applicazioni dentali o per altri materiali come i banchi in acciaio inossidabile utilizzati nella produzione alimentare e nell'agricoltura", ha affermato.
Autore principale dello studio e dottorato di ricerca congiunto. Phuc Le, candidato presso RMIT e ARC Research Hub for Australian Steel Manufacturing, ha affermato che lavorare a stretto contatto con il partner industriale BlueScope Steel ha contribuito a concentrare gli sforzi su soluzioni pratiche per l'industria.
"La collaborazione con partner industriali è stato un aspetto trasformativo del mio percorso di dottorato", ha affermato. "Le loro intuizioni di prima mano come produttori hanno fornito chiarezza sulle sfide che i loro prodotti devono affrontare e mi hanno aperto le porte per ricercare e ideare soluzioni pratiche. Sebbene i nostri studi siano nelle fasi preliminari, le prospettive di ottimizzazione del prodotto sono promettenti."
Ulteriori informazioni: Phuc H. Le et al, Apoptosi di specie di Candida multiresistenti su superfici di titanio microstrutturate, Interfacce di materiali avanzati (2023). DOI:10.1002/admi.202300314
Fornito da RMIT University
