Un gel sintetico, che si forma spontaneamente quando viene scaldato fino a temperatura corporea e che distrugge microbi e batteri farmaco-resistenti al solo contatto. Non un ritrovato da film di fantascienza, ma l’ultimo idrogel antimicrobico sintetico, biodegradabile, biocompatibile e atossico, sviluppato dai ricercatori di IBM e dell'Institute of Bioengineering and Nanotechnology di Singapore. Uno strumento che potrebbe essere d’aiuto non solo per la cicatrizzazione delle ferite o per la prevenzione di infezioni cutanee nei pazienti, ma anche e soprattutto per combattere i gravi rischi per la salute a cui sono esposti gli operatori ospedalieri e i parenti e i visitatori che entrano in ospedale o in clinica per assistere i malati. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista peer-reviewed AngewandteChemie.
Nonostante la sterilizzazione e le tecniche di asepsi avanzate, le infezioni associate ai dispositivi medici non sono state completamente eliminate. Ciò è dovuto, in parte, allo sviluppo di batteri farmaco-resistenti. Secondo il CDC statunitense, la resistenza agli antibiotici negli USA costa una cifra stimata in 20 miliardi di dollari l’anno in spese sanitarie, oltre a 8 milioni di giorni supplementari di degenza ospedaliera.
Inoltre, gli antimicrobici di solito utilizzati per disinfettare varie superfici che si trovano nei tradizionali prodotti per la casa, come l’alcol e la candeggina, spesso non sono idonei ad applicazioni biologiche. Per questo il passaggio dalla pulizia dei piani di lavoro al trattamento di infezioni cutanee o malattie infettive farmaco-resistenti nell’organismo si rivela una sfida complessa.
Questo idrogel antimicrobico sintetico rimodellabile, costituito per oltre il 90% di acqua, sembrerebbe oggi risolvere sia il problema della biocompatibilità che quello dell’efficacia sui batteri resistenti. Secondo chi l’ha inventato e realizzato, se commercializzato risulterebbe dunque, proprio grazie a queste sue caratteristiche, ideale per applicazioni come creme o sostanze terapeutiche iniettabili per la cicatrizzazione delle ferite, rivestimenti di impianti e cateteri, infezioni cutanee o perfino barriere per gli orifizi.
I biofilm microbici (raggruppamenti adesivi di cellule malate, presenti nell’80% delle infezioni) persistono in diversi siti dell’organismo umano, soprattutto in associazione ad apparecchiature e dispositivi medici, grazie alla loro capacità di creare colonie pressoché su qualsiasi tessuto o superficie. In questo senso, contribuiscono in misura significativa alle infezioni ospedaliere, che figurano tra le prime cinque cause di morte negli Stati Uniti e sono responsabili fino a 11 miliardi di dollari di spesa sanitaria ogni anno.
Ma cosa hanno fatto questi scienziati per risolvere il problema? Attraverso l’adattamento preciso dei polimeri, i ricercatori hanno progettato macromolecole, strutture molecolari contenenti un grande numero di atomi, che associano caratteristiche di idrosolubilità, carica positiva e biodegradabilità. Quando vengono miscelati con acqua e riscaldati a temperatura corporea, i polimeri si assemblano autonomamente, gonfiandosi fino a formare un gel sintetico facile da manipolare. Questa capacità di grande interesse deriva dalle interazioni di autoassociazione che creano un effetto di “cerniera molecolare”. Così come le cerniere collegano tra loro i denti, anche i brevi segmenti sui nuovi polimeri si uniscono, addensando la soluzione a base acquosa in idrogel rimodellabili ed elastici. Presentando molte delle caratteristiche dei polimeri idrosolubili senza essere liberamente dissolti, tali materiali possono restare in posizione in condizioni fisiologiche, pur continuando a dimostrare attività antimicrobica.
“Si tratta di un approccio radicalmente diverso alla lotta contro i biofilm farmaco-resistenti. Se confrontata con le capacità dei moderni antibiotici e idrogel, questa nuova tecnologia ha un immenso potenziale”, ha spiegato James Hedrick, Advanced Organic Materials Scientist, della Ricerca IBM. “Questa nuova tecnologia fa la sua comparsa in un momento cruciale, in cui le tecniche chimiche e biologiche tradizionali per combattere i batteri farmaco-resistenti e le malattie infettive sono sempre più problematiche”.
Se applicato alle superfici contaminate, la carica positiva dell’idrogel attira tutte le membrane microbiche a carica negativa, come la forza gravitazionale in un buco nero. Tuttavia, a differenza della maggior parte degli antibiotici e degli idrogel, che hanno come bersaglio il meccanismo interno dei batteri per impedirne la replicazione, questo idrogel uccide i batteri mediante la disgregazione della membrana, precludendo così la comparsa di resistenza.
“Ci siamo impegnati a sviluppare una terapia più efficace contro i superbatteri dalla minaccia letale di infezione costituita da questi microbi a rapida mutazione e dall'assenza di nuovi farmaci antimicrobici in grado di combatterli. Utilizzando i materiali polimerici economici e versatili sviluppati insieme a IBM, ora possiamo sferrare un attacco migliore e su più fronti ai biofilm farmaco-resistenti, che aiuterà a migliorare gli esisti per la medicina e la salute”, ha poi aggiunto Yi-Yan Yang, Group Leader, Institute of Bioengineering and Nanotechnology.
Il progetto dedicato ai polimeri per la nanomedicina, avviato dai centri di Ricerca IBM solo quattro anni fa con l’intento di migliorare la salute umana, nasce da decenni di sviluppo di materiali tradizionalmente impiegati per le tecnologie a semiconduttore. Questo progresso espanderà il campo d’azione del programma di collaborazione tra IBM e IBN, consentendo agli scienziati di portare avanti simultaneamente diversi metodi per la creazione di materiali in grado di migliorare la medicina e lo sviluppo dei farmaci. Una collaborazione tra industria e ricerca di questa portata riunisce le menti e le risorse di diverse istituzioni scientifiche di punta, per affrontare le sfide complesse nel trasformare soluzioni pratiche di nanomedicina in realtà.
