I batteri presenti sui denti o sulla pelle ferita lasciati a se stessi possono racchiudersi in un elemento vischioso, trasformandosi nel cosiddetto biofilm. Essendo protetti dal biofilm questi batteri danneggiano i nostri tessuti e sono difficile da eliminare con gli antibiotici.
I ricercatori dell’Università della Pennsylvania e dell’Università di Stanford hanno sviluppato e utilizzato nanoparticelle d’oro rivestite di destrano un polimero composto da catene di zucchero per visualizzare e distruggere i biofilm. Hanno dimostrato in uno studio pubblicato nella rivista The Journal of Clinical Investigation, il potenziale diagnostico e terapeutico delle nanoparticelle d’oro sui denti e sulla pelle ferita di topi e ratti, eliminando i biofilm in appena un minuto e superando i comuni antimicrobici.
Luisa Russell, direttrice del programma presso la Divisione di scoperta scientifica e tecnologica dell’Istituto Nazionale di Imaging Biomedico e Bioingegneria (NIBIB ), ha affermato:
«È possibile con questa piattaforma distruggere i biofilm senza sbrigliare chirurgicamente le infezioni, cosa che può essere necessaria quando si usano gli antibiotici. Inoltre, questo metodo potrebbe curare i pazienti allergici agli antibiotici o infettati da ceppi resistenti ai farmaci. Il fatto che questo metodo sia privo di antibiotici è un enorme punto di forza».
I biofilm orali, noti anche come placche, formati da batteri come lo Streptococcus mutans possono causare una significativa carie. Le infezioni delle ferite, comunemente causate dai batteri Staphylococcus, possono ritardare notevolmente il processo di guarigione, in entrambi i casi, la fitta rete di proteine e carboidrati all’interno dei biofilm può impedire agli antibiotici di raggiungere i microbi in tutta l’area interessata, ma il problema posto dai biofilm non è tutto qui, non solo sono difficili da rimuovere, ma sono anche difficili da individuare. La nuova ricerca ha identificato una soluzione per eliminare entrambi i problemi con una fava: l’oro.
L’oro non è tossico, converte facilmente l’energia proveniente dalle fonti luminose in calore, rendendolo un ottimo candidato per la terapia fototermica, una strategia che utilizza il calore delle nanoparticelle per uccidere i patogeni vicini. Le nanoparticelle oltre a generare calore, emettono onde ultrasoniche rilevabili in risposta alla luce, ciò significa che le particelle d’oro possono essere visualizzate utilizzando una tecnica chiamata imaging fotoacustico.
Il team di ricercatori nel nuovo studio, per ottimizzare la loro risposta alla luce sia per scopi terapeutici sia di imaging, a forma di gabbia dorata, hanno incapsulato sfere d’oro all’interno di nanoparticelle più grandi, altresì, per rendere le particelle attraenti per i batteri, le hanno rivestite con destrano, un carboidrato, uno zucchero, costituito da catene ramificate di glucosio che è un elemento comune dei biofilm.
Il team di ricercatori hanno valutato la loro strategia applicando le nanoparticelle d’oro su denti infettati da Streptococcus mutans provenienti da mascelle di ratto ex vivo.
Le nanoparticelle in un test di imaging fotoacustico sui denti, emettevano segnali che arrivavano forti e chiari, consentendo al team di ricercatori di vedere esattamente dove i biofilm avevano assorbito le particelle rivestite di destrano sui denti, quindi, per valutare l’effetto terapeutico delle particelle, hanno irradiato i denti con un laser, poi, per fare un confronto, hanno trattato altri campioni di denti infetti con la clorexidina antisettica topica.
Il team di ricercatori ha osservato un netto contrasto nei risultati dei due trattamenti, con la terapia fototermica che è risultata efficace quasi al 100% nell’uccidere i biofilm, mentre la clorexidina non ha ridotto significativamente la vitalità dei batteri.
Maryam Hajfathalian, professoressa di ingegneria biomedica presso il New Jersey Institute of Technology, ha condotto questo studio mentre era ricercatrice post-dottorato presso l’Università della Pennsylvania e l’Università di Stanford, ha affermato:
«Il metodo di trattamento è particolarmente rapido per l’infezione orale. Abbiamo applicato il laser per un minuto, ma in realtà in circa 30 secondi, praticamente avevamo ucciso tutti i batteri».
Le valutazioni condotte su topi con ferite aperte sulla pelle, infettati da Staphylococcus aureus, hanno avuto un successo simile, poiché il calore generato dalle nanoparticelle ha notevolmente superato un altro agente antimicrobico chiamato gentamicina.
Il team di ricercatori hanno anche misurato e notato un aumento della temperatura di 20°C localizzato nel biofilm, senza causare alcun danno apparente ai tessuti circostanti. Indicano che con ulteriori test, intendono dimostrare se la strategia può prevenire le carie o accelerare la guarigione.
Maryam Hajfathalian in conclusione ha affermato:
«Penso che sia importante vedere quanto questo processo sia economico, semplice e veloce. Poiché l’uso degli antibiotici è limitato, in sostituzione abbiamo bisogno di nuovi trattamenti come questo».
