Accendere i riflettori sui germi

I batteri resistenti agli antibiotici e i virus emergenti rappresentano una minaccia in rapida crescita per il sistema sanitario globale.

Circa 5 milioni di decessi ogni anno sono legati a germi resistenti agli antibiotici e più di 20 milioni di persone sono morte durante la pandemia del virus COVID-19.

I ricercatori dell’Empa stanno quindi lavorando a nuove strategie urgentemente necessarie per combattere questi agenti patogeni.

Uno degli obiettivi è prevenire la diffusione di agenti patogeni resistenti e nuovi virus con materiali e tecnologie intelligenti.

Le superfici che entrano in costante contatto con agenti infettivi, come le maniglie delle porte negli ospedali o le attrezzature e le infrastrutture nelle sale operatorie, sono un campo di applicazione particolarmente adatto per tali materiali.

Un team interdisciplinare di tre laboratori dell’Empa, insieme all’Università ceca Palacký di Olomouc, ha ora sviluppato un rivestimento superficiale ecologico e biocompatibile privo di metalli che uccide in modo affidabile i germi. Il clou: l’effetto può essere riattivato più e più volte esponendolo alla luce.

Biocompatibile: stabile e incorporato in modo sicuro in un polimero compatibile, l’acido grafenico è mortale per i germi. Immagine: Empa

«Il nuovo materiale è progettato per uccidere i microrganismi localmente e rapidamente», spiega Giacomo Reina del Laboratorio Nanomateriali in Salute dell’Empa a San Gallo.

A questo scopo è stata utilizzata una matrice basica di alcol polivinilico, una plastica biocompatibile che viene utilizzata anche nell’industria alimentare. Incorporato in questa matrice è l’acido grafenico appositamente sintetizzato, che è ideale come rivestimento antimicrobico grazie alle sue proprietà chimiche. Il suo pieno potenziale può essere sfruttato utilizzando la luce nel vicino infrarosso.

Non appena il materiale composito viene irradiato, dispiega la sua duplice strategia: in primo luogo, assorbe l’energia della luce infrarossa e la converte in calore germicida.

Stimola anche la formazione di radicali dell’ossigeno, che causano ulteriori danni agli agenti patogeni.

Un altro vantaggio è che questa strategia è completamente diversa dalla modalità d’azione degli antibiotici convenzionali. Il materiale offre quindi una protezione continua contro un ampio spettro di microrganismi senza contribuire allo sviluppo di resistenza.

“I nostri esperimenti di laboratorio hanno chiaramente confermato l’efficacia del materiale antimicrobico contro vari batteri e virus”, afferma il ricercatore dell’Empa.

Resistenza agli antibiotici: uno dei germi più temuti nella cavità orale è il batterio Pophyromonas gingivalis, un agente patogeno che causa una grave parodontite con aumento della resistenza agli antibiotici. Immagine: Adobe Stock.

Una prima applicazione per il rivestimento antimicrobico è attualmente in fase di sviluppo per l’odontoiatria. A tal fine, i ricercatori dell’Empa stanno lavorando insieme al Centro di odontoiatria dell’Università di Zurigo su una stecca dentale che uccide i microrganismi nella cavità orale.

La flora microbica della bocca è un avversario particolarmente sgradevole nella lotta contro gli agenti infettivi: complesse comunità di batteri saltellano in nicchie inaccessibili, incorporate in una matrice mucosa autoprodotta.

Gli antibiotici e i disinfettanti penetrano a malapena in questi biofilm resistenti.

Ciò consente ai germi di rovinare i denti senza ostacoli o addirittura di portare a estese infezioni nel corpo. Il team interdisciplinare guidato da Giacomo Reina sta quindi lavorando a una stecca di plastica in cui i nanomateriali come l’acido grafenico possono essere integrati stabilmente.

Poiché la luce nel vicino infrarosso può penetrare nel tessuto a diversi centimetri di profondità, la stecca può essere posizionata nella cavità orale e attivata dall’esterno da una fonte di luce, più e più volte.

Il progetto può essere avviato grazie alle generose donazioni della Fondazione Eduard Aeberhardt e di un’altra fondazione.

Il direttore della clinica Ronald Jung del Center for Dental Medicine dell’Università di Zurigo apprezza questo approccio interdisciplinare alla scienza dei materiali e alla ricerca clinica.

“Queste soluzioni nuove e innovative offriranno un grande valore aggiunto per i pazienti”, afferma Jung.