Lotta ai superbatteri con reti e interruttori della luce
L'idrogel riduce del 95% i batteri resistenti
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Un nuovo gel potrebbe combattere i batteri resistenti nelle ferite e intorno ai siti di impianto, favorendo al contempo la guarigione. L'idrogel, che si ispira alle difese immunitarie naturali, ha dato risultati molto promettenti in modelli animali.
Ogni anno le infezioni batteriche sono responsabili di circa 7,7 milioni di decessi in tutto il mondo, un problema ulteriormente aggravato dalla crescente resistenza agli antibiotici. Le infezioni delle ferite non solo sono sempre più difficili da trattare, ma impediscono anche la guarigione dei tessuti circostanti. Questo perché l'infezione della ferita provoca una reazione infiammatoria errata in cui il sistema immunitario è costantemente attivato, danneggia i tessuti sani e blocca i processi di riparazione necessari per la guarigione. Gli antibiotici sono poco utili in queste situazioni, anche se sono efficaci contro i batteri sottostanti.
Come funzionano le reti proteiche delle nostre cellule immunitarie
Questo è il punto di partenza di un nuovo approccio, sviluppato dal professor Raffaele Mezzenga del Politecnico di Zurigo e dal suo team, in collaborazione con ricercatori dell'Università di Shanghai, e recentemente pubblicato sulla pagina esterna Nature Communications.
Il loro approccio si ispira alle strutture proteiche simili a reti che le cellule immunitarie rilasciano per intrappolare gli agenti patogeni e renderli innocui. Queste trappole extracellulari dei neutrofili (NET) sono una sorta di trappola naturale che impedisce alle infezioni di diffondersi nell'organismo.
In passato sono stati condotti esperimenti di imitazione artificiale di queste strutture. Tuttavia, i materiali sintetici utilizzati in passato si sono rivelati troppo instabili, non sufficientemente tollerabili o privi della necessaria efficacia contro i batteri resistenti.
Enzima antibatterico attivato dalla luce infrarossa
"A differenza di molti approcci sintetici, noi ci affidiamo a un sistema naturale a base di proteine", spiega Mezzenga. Il gel è ricavato dal bianco delle uova di gallina e comprende una fitta rete di minuscole fibre proteiche costituite dal lisozima, che in questa forma rimane inattivo. Il lisozima è un enzima antibatterico presente anche nel corpo umano. Il gel agisce come una rete fisica che si deposita sulla ferita e trattiene i batteri al suo interno.
Il passo decisivo per attivare l'enzima è semplice come premere un pulsante: sottoponendo il gel alla luce del vicino infrarosso - un metodo delicato e relativamente poco invasivo - si riscalda una molecola termoreattiva integrata proprio a questo scopo. Il calore generato da questa molecola fa sì che parte della rete di fibre proteiche si smonti temporaneamente e rilasci singole molecole di lisozima. In questa forma, le molecole di lisozima sono biologicamente attive. Attaccano i batteri, prendendo di mira le loro pareti cellulari, e uccidono l'agente patogeno.
Sostituire l'infiammazione cronica con la guarigione
Parallelamente, il gel rilascia anche ioni di magnesio quando viene attivato dalla luce. Invece di avere un effetto antibatterico, questi ioni calmano il sistema immunitario. Riprogrammano le cellule immunitarie pro-infiammatorie in un fenotipo pro-rigenerativo. Di conseguenza, invece di mantenere la risposta infiammatoria, le cellule ora supportano attivamente la riparazione cellulare, favorendo la guarigione anziché ostacolarla.
Quando l'impulso di luce termina, le fibre proteiche si riassemblano per formare una rete stabile. Ciò significa che il gel fornisce nuovamente una struttura che offre alle cellule stabilità, sostenendo al contempo la rigenerazione dei tessuti.
L'attributo chiave dell'idrogel è la reversibilità delle sue fibre, che possono essere attivate per smontarsi e riassemblarsi. "La nostra tecnologia combina effetti antibatterici e antinfiammatori con la guarigione delle ferite. Un giorno potrebbe aprire nuove possibilità, soprattutto per i pazienti diabetici con ferite croniche e per i pazienti che lottano contro la resistenza agli antibiotici", afferma Qize Xuan dell'Università di Shanghai, autore principale dello studio ed ex dottorando in visita nel laboratorio di Mezzenga.
Carica batterica ridotta del 95% nei modelli animali
L'idrogel è già stato testato in studi preclinici su topi e maiali. Nel modello murino, il gel ha ridotto del 95% la carica batterica in una ferita infettata da MRSA resistente agli antibiotici. Inoltre, la ferita trattata si è chiusa quasi completamente entro 15 giorni, mentre le ferite controllate non trattate hanno mostrato una guarigione significativamente più lenta. La guarigione accelerata della ferita è stata riscontrata anche nel modello suino, insieme a una colonizzazione batterica significativamente inferiore. Inoltre, il materiale crea un ambiente favorevole alla formazione di nuovo osso e tessuto molle.
Il gel, applicato direttamente sulla ferita, rimane in posizione per tutto il processo di guarigione. Viene assorbito dal tessuto e si biodegrada gradualmente man mano che il tessuto si rigenera.
Tuttavia, c'è ancora molta strada da fare prima che il gel possa raggiungere i pazienti. Il prossimo passo è la sperimentazione clinica. "Stiamo cercando partner industriali che ci assistano", spiega Mezzenga. "Sperimentazioni come questa sono laboriose, costose e possibili solo in stretta collaborazione con gli ospedali".
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Qize Xuan, Hui Li, Yuan Gao, Xinchi Qiao, Yifan Feng, Xinyu Yu, Jiazhe Cai, Tonghui Jin, Bin Liu, Mohammad Peydayesh, Jiaqi Su, Peter Fischer, Ping Wang, Chao Chen, Jiangtao Zhou, Raffaele Mezzenga; "Photo-reversible amyloid nanoNETs for regenerative antimicrobial therapies"; Nature Communications, Volume 16, 2025-12-10
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