Superfici killer… per virus e batteri

Copiare la trama delle ali degli insetti e creare nuovi materiali per superfici in grado di inibire o uccidere i microrganismi: ecco le nuove frontiere per combattere le infezioni ancor prima che entrino nel corpo umano

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In un prossimo futuro le malattie infettive potranno causare dieci milioni di vittime all’anno a causa della resistenza che gli agenti patogeni svilupperanno nei confronti degli antibiotici.

Questa la nefasta previsione riferita dal dottor Gerald Larrouy-Maumus, direttore del laboratorio di malattie infettive della Facoltà di Scienze Naturali del London Imperial College, Regno Unito. 

I dati non sono rassicuranti. Attualmente oltre 700 mila persone muoiono ogni anno a causa di agenti patogeni resistenti ai farmaci e solo nell’ultimo decennio si è drasticamente ridotto l’elenco dei medicinali efficaci contro alcune infezioni. 
Nel frattempo, stanno prolificando i microrganismi patogeni – soprattutto funghi, virus e parassiti – resistenti ai principi attivi oggi in commercio a una velocità ben superiore al tempo che sarebbe necessario per trovare, testare e infine distribuire nuovi farmaci nel mercato.

Il risultato è che le malattie stanno diventando sempre più difficili da curare soprattutto a causa dell’ l’uso smodato e irrazionale dei medicinali, troppo spesso auto prescritti, utilizzati in modo erroneo e al di fuori della supervisione medica.

Gerald Larrouy-Maumus, del London Imperial College

Se non corriamo ai ripari – ha avvertito il ricercatore Larrouy-Maumus – moriranno dieci milioni di persone l’anno”.

Il piano del giovane ricercatore consiste nel trovare nuove strategie per impedire lo sviluppo e la diffusione dei patogeni, come sfruttare le superfici attraverso cui avviene normalmente il contagio come principale arma contro di loro.

Le superfici che tocchiamo nella nostra routine quotidiana – ha spiegato il ricercatore – possono essere un vettore di trasmissione”.

Secondo gli esperti, ad esempio, alcuni virus possono persistere su una superficie di cartone per un massimo di 24 ore e rimanere attivi fino a tre giorni su superfici di plastica o acciaio inossidabile. Alcuni batteri – come E. Coli e MRSA – possono sopravvivere per diversi mesi sulle superficie inanimate.

Questo a sottolineare l’importanza della continua disinfezione e pulizia delle superfici toccate con maggior frequenza.

Pertanto, alcuni scienziati hanno ipotizzato che sarebbe sufficiente cambiare la trama delle superfici utilizzate o rivestirle con sostanze idonee a uccidere batteri e virus in maniera molto più rapida. In questo modo si potrebbe debellare l’infezione ancor prima che essa attacchi il nostro organismo.

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Il rame, materiale del futuro?

Al momento, Larrouy-Maumus sta studiando le leghe di rame in quanto gli ioni presenti in esse avrebbero funzioni antibatteriche e antivirali in grado di eliminare il 99,9% dei batteri eventualmente presenti in meno di due ore.

In questo senso il rame è considerato un materiale ancor più efficace dell’argento quanto a capacità di disinfezione perché non richiede l’umidità necessaria a quest’ultimo per poter sviluppare le sue proprietà antimicrobiche.

Fili di rame

Il rame è la miglior superficie da usare perché è stata impiegata dall’umanità per millenni” ha spiegato il giovane ricercatore alla BBC.

“ Gli antichi Greci – ha proseguito Larrouy-Maumus – usavano già il rame per cucinare e per uso medico”.

Eppure oggi il rame non è un materiale particolarmente impiegato – nelle strutture mediche in primis – essendo stato soppiantato nel corso del tempo prima dall’acciaio inossidabile e poi dalla plastica, più economica, leggera e maneggevole. 
Molto probabilmente le ragioni alla base di tale mancanza di stima nei confronti del rame sono dovute agli elevati costi di questo materiale e alla facilità di corrosione cui va incontro.

Tuttavia, grazie alle sue proprietà antimicrobiche, il rame presenta l’innegabile vantaggio di non dover essere sottoposto a una continua disinfezione.

Sebbene non sia tecnicamente possibile rivestire qualsiasi superficie in rame secondo il ricercatore londinese rivestire alcuni oggetti con questo metallo o sue leghe – come maniglie delle porte o pulsanti – ridurrebbe decisamente il rischio di contaminazione e trasmissione dei contagi.

Inoltre, le superfici in rame potrebbero essere trattate con dei laser per creare una trama resistente aumentandone contemporaneamente la capacità di disinfezione.

A tal fine, i ricercatori della Purdue University, nell’Indiana, hanno sviluppato una tecnica in grado di eliminare anche i ceppi più resistenti ai farmaci nel giro di poche ore. Tali trattamenti potrebbero anche aiutare a ridurre le probabilità di infezione causate dalle protesi mediche, specialmente quelle all’anca.

Imitare gli insetti

Modificare la trama delle superfici è solo uno dei modi al vaglio per tenere a bada le malattie infettive.

Le ali dell’insetto Cicada sono famose per il loro effetto autopulente” ha spiegato Elena Ivanova, biochimica molecolare della RMIT University, in Australia.

Esemplare di Cicada, studiato per le particolari proprietà “autopulenti” delle sue ali

Le ali di questo insetto, infatti, sono “super idrofobiche” proprio come le foglie di loto, ciò significa che le gocce d’acqua vi rimbalzano addosso scivolando via. Ma cosa ancora più importante è che esse sono costellate di piccoli aghetti che impediscono alle cellule batteriche di depositarsi (e prolificare) sulla loro superficie.

Fondamentalmente quello che si vede è un meccanismo unico in natura” ha chiarito Ivanova, che da dieci anni sta studiando un modo per replicare questo meccanismo di difesa. 
Ispirandosi a questi piccoli insetti la ricercatrice sta tentando di modificare la sottilissima trama di superfici su cui sono insediate colonie batteriche per impedire che queste vi si possano depositare.

Densità e geometria della trama nonché metodo e materiali per produrlo dipenderanno dalle caratteristiche del microbo bersaglio. 

Vecchi nuovi materiali

Secondo Ivanova le forme più complesse – soprattutto quelle a zig zag – sarebbero più efficaci per i filtri dell’acqua e i condizionatori d’aria.

Anche i fogli di grafene potrebbero riservare importanti applicazioni per la loro superficie particolarmente sottile dotata si “spigoli vivi che potrebbero incidere la membrana batterica e ucciderla”.

Allo studio ci sono anche il titanio e le sue leghe. Questi materiali, infatti, possono essere incisi idrotermicamente: sostanzialmente, il metallo verrebbe fuso con alte temperature o pressioni fino a formare un foglio sottile dai bordi taglienti, in grado di uccidere diversi tipi di patogeni.

In particolare, il biossido di titanio quando esposto a raggi UV produce specie reattive con l’ossigeno – come i perossidi – in grado di eliminare molti microrganismi anaerobi. 
Questa tecnologia è al momento sfruttata per ricoprire apparecchi ortodontici.

Secondo Ivanova il successo è dovuto al fatto che “Queste superfici non abbisognano di alcun trattamento specifico che richieda l’efficacia di agenti chimici o antibiotici”.

Procedure di disinfezione di una sala operatoria

Lo sviluppo di superfici in grado di contrastare la proliferazione di virus e batteri, tuttavia, richiederà un particolare livello di precisione.

A dirsi ottimista è Vladimir Baulin, ricercatore di biofisica presso l’Universitat Rovira i Virgili, in Spagna. Baulin ritiene che tali tecniche possano essere utilizzate anche contro la diffusione dei virus, incluso il Covid-19.

Una strategia possibile consisterebbe nell’intrappolare le particelle virali tra i “nanopapillari”, minuscole strutture a forma di pilastro che possono essere prodotte sinteticamente su una superficie permettendo al contempo di raccogliere gli agenti patogeni e studiarli nell’ottica di sviluppare test e vaccini.

Un’altra ipotesi al vaglio sarebbe di strutturare una superficie con apposite “nanoprotusioni” capaci di rompere la membrana più esterna di un virus, da adoperare ad esempio nei filtri delle mascherine.

Un aiuto dalla Natura

La Natura stessa ci offre altre modalità con le quali potremmo rendere le superfici che ci circondano maggiormente efficaci nel contrastare la diffusione dei microrganismi nocivi.

Ci sono molte prove dell’efficacia degli oli essenziali come ingrediente antibatterici e antivirali” ha affermato Alejandra Ponce, ingegnere chimico presso l’Universidad Nacional de Mar del Plata, in Argentina.

Come ha osservato Ponce nei suoi studi sperimentali, “L’aerosol dell’olio dell’albero del tè possiede forti proprietà antivirali ed è in grado di inattivare i virus con un livello di efficienza superiore al 95% entro i 5-15 minuti dall’esposizione”.

Il sughero ha dimostrato di essere particolarmente efficace contro lo Staphylococcus aureus, mentre gli estratti di luppolo sono impiegati per creare rivestimenti simili alla plastica che possono prevenire lo sviluppo di alcuni tipi di batteri.

Tuttavia, la ricerca sulle potenziali implicazioni degli estratti delle piante come efficaci antimicrobici è ancora in una fase ampiamente sperimentale. In teoria, questi materiali potrebbero essere trasformati in rivestimenti anti-germi, ma per fare ciò sono necessarie delle conoscenze – sia sulla proprietà degli estratti naturali che delle caratteristiche del microbo bersaglio – molto più dettagliate di quelle che al momento sono a nostra disposizione.

Primi esperimenti

Nel complesso, le applicazioni future sono potenzialmente innumerevoli.

Baulin ha affermato: “Per me è importante sottolineare che si tratta di un meccanismo universale ed è per questo che ha una portata così ampia”.

Ad ogni modo, queste tecnologie richiederanno del tempo prima di trovare finanziatori e partner commerciali decisi a svilupparle.

Anche se qualche timido esperimento esiste già come l’esempio del particolare materiale di rivestimento in plastica con un particolare motivo a rombi capace di imitare la pelle di squalo sul quale i batteri non riescono a annidarsi.

L’utilizzo che se ne fa è soprattutto in ambito medico, i particolare su dispositivi sanitari quali i cateteri che, proprio per la funzione a cui sono deputati, possono veicolare ingenti quantità di patogeni nell’organismo.

Un altro caso è quello del rivestimento MicroShiel 360, applicato sulle superficie interne degli aeromobili per garantire una maggiore disinfezione.

Ad ogni modo, la battaglia alle malattie infettive sarà sempre più decisiva.

Siamo circondati da infezioni” ha affermato Larrouy-Maumus. “E ciò che è molto importante è prepararsi per la prossima. Non sappiamo quando arriverà”.

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