Ragnatele : il futuro dei materiali antimicrobici

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Un team di scienziati tedeschi riece a sintetizzare per la prima volta una tipologia di ragnatele che inibiscono le crescite batteriche
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Le ragnatele, o seta di ragno, sono state a lungo celebrate per il loro comportamento meccanico. La combinazione di alta resistenza e alta tenacità lo rende unico tra le fibre naturali. È anche noto per essere biocompatibile e biodegradabile, il che ha spinto molti studi sulla sua rilevanza per i dispositivi biomedici. Ma le ragnatele hanno un altro superpotere: nonostante sia interamente composta da proteine, tipicamente una fonte di nutrimento per i microrganismi, li respinge e può farlo per anni. Per il settore sanitario, dove la contaminazione superficiale da parte di pellicole di microbi patogeni può portare a infezioni potenzialmente letali, proprietà come queste sono molto richieste. Ma senza una comprensione dettagliata del meccanismo specifico che conferisce questa repellenza ai microbi le ragnatele non possono essere facilmente adattate per l’uso in applicazioni mediche. Ma un nuovo studio potrebbe cambiare la situazione.

Una nuova frontiera per le ragnatele

Scrivendo su Materials Today, un gruppo di ricercatori tedeschi ha sviluppato una serie di materiali 2D e 3D da proteine ​​delle ragnatele appositamente progettate. Sulla base della seta del ragno da giardino europeo Araneus diadematus, hanno progettato due sequenze proteiche, più diverse varianti di queste. Elaborandoli si è potuto produrre film lisci e modellati, nonché idrogel. Per confronto, le stesse strutture sono state realizzate con altri tre materiali: una proteina del baco da seta (B. mori), un biopolimero (PCL) e la gelatina, un materiale comune nelle applicazioni di ingegneria dei tessuti.

Per analizzare  le proprietà antimicrobiche di questi biomateriali, sono stati testati con alcuni microbi che formano biofilm. I ricercatori hanno prima studiato l’effetto della struttura proteica, della carica e del peso molecolare sull’adesione microbica. Si è fatto uso di due diverse tecniche: una basata sulla fluorescenza, che misurava la vitalità microbica, e l’altra sulla microscopia a forza atomica, che misurava direttamente le forze adesive. Per i test che coinvolgono E. coli, S. aureus e P. pastoris, l’adesione è trascurabile. Infatti su tre delle pellicole di seta di ragno lisce 2D hanno sovraperformato i film di controllo in tutti i casi.

Successivamente, il team dell’Università di Bayreuth ha confrontato versioni omogenee e micropatternate dei film, per esplorare l’effetto della topografia. I loro risultati erano chiari: indipendentemente dalla topografia, le pellicole di seta di ragno mostravano ancora un basso attaccamento rispetto alle pellicole di controllo. Si è quindi optato per l’idrogel per esaminare il comportamento dei materiali in seta di ragno 3D. Batteri e funghi hanno permesso una buona rilevazione sulla gelatina e sugli idrogel di B. mori. Al contrario, anche dopo l’incubazione con i microbi per 10 giorni, non è avvenuta alcuna crescita sugli idrogel di seta di ragno.

Un materiale ancora poco bioselettivo

Uno svantaggio dei biomateriali che sono intrinsecamente non contaminanti è che spesso non sono bioselettivi. In altre parole, sono così efficaci da respingere tutte le cellule, anche quelle umane. Ciò limita la loro utilità in applicazioni come l’ingegneria dei tessuti. Per chiarire se queste proteine ​​della seta di ragno potrebbero essere in grado di mostrare un comportamento bioselettivo, il team ha effettuato un test finale. Hanno aggiunto un agente di legame cellulare (RGD), noto per migliorare l’attaccamento cellulare, alle proteine ​​della seta. Sia sotto forma di pellicola che di idrogel, questo materiale aveva spiccate proprietà batteriche e repellenti ai funghi. È importante sottolineare che, dopo l’incubazione dell’idrogel in una coltura cellulare per 10 giorni, le cellule mostravano una buona vitalità. Non vi era inoltre alcuna contaminazione microbica.

Gli autori affermano:

“Per quanto a nostra conoscenza, questa è una scoperta completamente nuova, che apre la porta a nuove applicazioni di materiali per la seta di ragno, ad esempio come rivestimenti bioselettivi in ​​varie applicazioni biomediche e per … la medicina rigenerativa“.

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