La crescita di biofilm batterici è alla base di molte infezioni che si sviluppano a livello delle superfici degli impianti protesici, dentali o dei cateteri. Questi biofilm costituiscono una barriera protettiva per i batteri, che risultano così inattaccabili da parte delle terapie antibiotiche. I biofilm batterici sono anche causa frequente di infezioni ospedaliere, con aumento dei costi per i servizi sanitari e sviluppo di resistenza agli antibiotici. Il problema è presente anche in ambito industriale, dove i biofilm possono crescere, ad esempio, all’interno delle tubature degli impianti, riducendone l’efficienza, aumentando i consumi energetici e causando anche fenomeni di corrosione.
Le nuove nanostrutture metalloraganiche sviluppate dai ricercatori della svedese Chalmers University of Technology svolgono un’azione meccanica sui batteri che ne determina la morte. Lo studio, che ha visto la collaborazione dei gruppi di ricerca guidati da Ivan Mijakovic e Lars Öhrström, è stato da poco pubblicato su Advanced Science.
Image Credit: Chalmers University of Technology | Zhejian Cao
“Il nostro studio dimostra che queste nanostrutture possono agire come minuscoli spuntoni che feriscono fisicamente i batteri, semplicemente perforandoli fino a ucciderli. Si tratta di un modo completamente nuovo di utilizzare tali strutture metallorganiche”, ha commentato il primo autore dello studio, Zhejian Cao.
Nuovi coating di nanomateriali
Le strutture metallorganiche (MOF) sviluppate dai ricercatori svedesi possono essere applicate come coating su diverse tipologie di superficie o venire integrate con altri materiali. I MOF (metal-organic frameworks) sono caratterizzati dalla presenza di ioni metallici interconnessi in strutture tridimensionali con grandi cavità e canali nel materiale. La scoperta delle proprietà particolari e potenzialità applicative di queste nuove strutture metallorganiche ha portato anche all’assegnazione del premio Nobel della Chimica 2025 a Susumu Kitagawa (Kyoto University), Richard Robson (University of Melbourne) e Omar M. Yaghi (University of California, Berkeley) (link).
Le applicazioni dei MOF approfondite dai ricercatori della Chalmers University sono diverse da quelle che hanno portato all’assegnazione del prestigioso premio. In particolare, ha spiegato Zhejian Cao, c’erano già stati tentativi di utilizzare i MOF per il rilascio di ioni metallici tossici o agenti antimicrobici. L’approccio descritto nell’articolo pubblicato su Advanced Science, ha visto la crescita controllata dei cristalli di MOF uno sull’altro, con formazione di nanopunte affilate che possono trafiggere e uccidere i batteri che gli si avvicinano.
Una delle sfide principali che hanno dovuto affrontare i ricercatori svedesi è consistita nella determinazione della distanza ottimale tra le nanopunte per massimizzare l’effetto desiderato. Se troppo grande, infatti, i batteri possono scivolare tra le strutture e attaccarsi comunque alle superfici. Al contrario, se troppo piccole lo stress mecanico esercitato sulle cellule batteriche potrebbe non essere sufficiente per determinarne la morte.
“Questi rivestimenti possono essere prodotti a temperature molto più basse, ad esempio, degli array di grafene precedentemente sviluppati a Chalmers – ha spiegato Lars Öhrström -. In questo modo si facilita la produzione in larga scala e si rende possibile applicare i coating a materiali sensibili alla temperatura, come le plastiche usate negli impianti medicali. Inoltre, i polimeri organici presenti nelle strutture metallorganiche possono venire creati a partire da plastica riciclata, con il potenziale di contribuire all’economia circolare”.
Image Credit: Chalmers University of Technology | Zhejian Cao
