Uno studio condotto da ricercatori dell’Università di Toronto Facoltà di Scienze Applicate e Ingegneria mostra che la deformazione meccanica di materiali medicalmente impiantabili – come la flessione o la torsione – possono avere un forte impatto sulla formazione di biofilm potenzialmente dannosi.
In un nuovo studio, il professore associato Ben Hatton e il suo team hanno esaminato in che modo gli impianti medici flessibili possono essere colonizzati da organismi infettivi e la loro ricerca indica potenziali soluzioni. Illustrazione di Neil Ta
Lo studio, descritto in a articolo pubblicato in Rapporti scientificimostra che anche una leggera flessione di materiali elastomerici come il polidimetilsilossano (PDMS) – noto anche come silicone – apre fessure microscopiche che sono ambienti perfetti per la colonizzazione dei batteri.
“Questi materiali sono utilizzati in tutti i tipi di applicazioni biomediche, dai cateteri ai tubi tracheali e alle protesi mammarie”, afferma Ben Hattonprofessore associato nel dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali della facoltà e autore senior del nuovo studio.
«La formazione di biofilm microbici su questi materiali è comune, ma siamo rimasti sorpresi dal grado in cui la flessione del silicone e di altri materiali in gomma provoca l’apertura e la chiusura reversibili di queste fessure e la grande differenza che fanno nella formazione del biofilm».
I biofilm sono comunità complesse di organismi che crescono sulle superfici. Mentre le singole cellule microbiche sono suscettibili agli antibiotici e ai sistemi difensivi naturali del corpo, l’ambiente del biofilm può proteggerle da questi interventi, portando a infezioni persistenti.
Le infezioni associate ai biofilm dei dispositivi medici, che a volte si sviluppano dopo l’intervento chirurgico, possono rappresentare seri rischi per la salute, allungando la degenza ospedaliera o causando il riammissione dei pazienti che sono stati dimessi.
Hatton e il suo team fanno parte di molti gruppi in tutto il mondo che sviluppano nuovi materiali, rivestimenti e altri approcci per prevenire la formazione di biofilm che possono portare a tali infezioni.
Ma nel loro ultimo lavoro, hanno scelto di studiare qualcosa di più fondamentale: in primo luogo, come fanno questi organismi microbici colonizzatori a prendere piede?
“In parte, questo deriva dall’approccio multidisciplinare che adottiamo nel nostro gruppo”, afferma Hatton.
“Stiamo combinando microbiologia e scienza dei materiali, ma anche ingegneria meccanica, perché stiamo parlando di stress meccanico, deformazione e deformazione. Questo effetto di flessione è qualcosa che non era stato notato prima.
Il team ha testato vari campioni di silicone, inclusi alcuni sintetizzati da loro stessi, nonché tubi medici di livello commerciale utilizzati per i cateteri urinari. Hanno quindi sottoposto questi campioni a forze meccaniche per creare danni alla superficie. I loro esperimenti hanno dimostrato che le microfessure possono formarsi molto facilmente.
“Una cosa che abbiamo fatto è stata semplicemente pulirli un sacco di volte con un normale tessuto da laboratorio”, afferma Desmond van den Bergun dottorando in Istituto di Ingegneria Biomedica e autore principale dell’articolo, che è stato coautore di un collega Laboratorio Hatton ricercatori Dalal Asker E Tarek Awad.
“Anche questa pulizia è stata sufficiente per creare danni alla superficie. A occhio sembra ancora a posto, ma al microscopio potremmo già vedere microfessure delle dimensioni in cui potrebbero entrare i batteri. I batteri sono grandi solo pochi micrometri, quindi non ci vuole molto.
Altri campioni sono stati pressati con un motivo ruvido e increspato per creare una serie di microfratture regolarmente distanziate.
Tutti i campioni sono stati quindi posti in una piastra di coltura batterica e seminati con Pseudomonas aeruginosa, un batterio che forma biofilm comunemente usato come organismo modello in questi tipi di studi. Dopo la crescita, i campioni sono stati trattati con un colorante fluorescente, facendo brillare di verde i batteri attaccati al microscopio ottico.
“Quello che abbiamo visto è che i batteri preferivano chiaramente attaccarsi a queste fessure microscopiche”, dice van den Berg.
“Nei campioni piegati, c’erano da quattro a cinque volte più batteri sul lato in tensione rispetto al lato in compressione. Queste cellule hanno piena scelta su dove crescere, ma chiaramente amano il lato in cui si aprono tutte queste microfessure».
Gli unici campioni che sono rimasti relativamente privi di batteri erano quelli che erano stati sintetizzati nel laboratorio del team, e quindi sono rimasti estremamente fluidi, osserva van den Berg.
“Anche quelli prodotti commercialmente che non abbiamo danneggiato in alcun modo avevano già delle microfratture, direttamente dalla confezione”, dice.
“Sospettiamo che questi vengano introdotti attraverso il processo di produzione, derivante dal modo in cui la plastica viene formata in tubi o altre forme mediante estrusione o stampaggio a iniezione”.
Hatton afferma che lo studio sottolinea quanto sia facile introdurre caratteristiche superficiali che incoraggiano l’adesione microbica. Per i chirurghi, un’implicazione è che dovrebbero prestare attenzione alle situazioni in cui i dispositivi in silicone, come tubi o impianti protesici, vengono piegati durante l’uso e prestare particolare attenzione al lato sotto tensione, poiché è qui che potrebbero iniziare le infezioni.
“Ovviamente è difficile semplicemente non piegare un tubo di gomma che dovrebbe essere piegato, altrimenti perché dovresti farlo in gomma?” Hatton dice.
“Ma forse possiamo imparare di più su come controllare o nascondere queste crepe superficiali, in modo che la flessione non sia un problema. Questo è ciò su cui stiamo lavorando ora: ricercare metodi per ridurre i danni superficiali o modificare la superficie in silicone per ridurre la formazione di tali crepe”.
Fonte: Università di Toronto
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
