Alcuni ricercatori Delft University 3D Printing con deposizione a fascio di elettroni per superfici antibatteriche
In ” Nature Help: Towards Bioinspired Bactericidal Nanopatterns “, i ricercatori della Delft University of Technology iniziano a esplorare il potenziale delle superfici battericide sintetiche per aiutare a eliminare le infezioni dopo l’inserimento chirurgico degli impianti, molti dei quali sono stampati in 3D oggi. In questo studio, i ricercatori usano la deposizione indotta da fascio di elettroni (EBID) per stampare in 3D nanopillari che sono sia riproducibili che ‘controllati con precisione’.
Mentre gli scienziati di tutto il mondo hanno fatto enormi progressi nella bioprinting, ci sono molte sfide coinvolte, a cominciare dalla sostenibilità cellulare e arrivando addirittura al punto di creare un impianto. Ma una volta inseriti nel corpo, anche le infezioni sono sempre preoccupanti, anche se le cellule erano specifiche per il paziente. I ricercatori hanno proposto numerosi modi diversi per prevenire i batteri e le conseguenti infezioni, tra cui la creazione di superfici in grado di allontanare completamente i batteri.
Gli autori spiegano che finora i diversi tipi di superfici antibatteriche che vengono esplorate includono superfici battericide non tossotossiche o metodi chimici che forniscono antibiotici o nanoparticelle come argento o altri agenti. Insieme a questa ricerca precedente, anche le superfici antibatteriche si sono dimostrate efficaci. La chiave è, tuttavia, avere una superficie che non solo può uccidere i batteri ma anche sostenere la vitalità cellulare.
Numerose caratteristiche naturali hanno portato all’ulteriore sviluppo di diversi approcci per la creazione di strutture come i nanopillari, alcuni con dimensioni di un solo nanometro. Le superfici naturali come ali di libellula o ali di cicala non sono citotossiche, ma esibiscono proprietà battericide.
“Nei casi specifici di Escherichia coli e Staphylococcus aureus come organismi modello che rappresentano batteri Gram-negativi e Gram-positivi, le gamme di dimensioni riportate dei nanopillari per indurre un comportamento battericida sono i seguenti: diametri di 70-100 nm per S. aureus e 70-80 nm per E. coli , altezze di 100-900 nm per S. aureus e 180-300 nm per E. coli e interspazi di 60-200 nm per S. aureus e 60-380 nm per E. coli .’
Gli autori sottolineano, tuttavia, che i nanopattern e il comportamento battericida corrispondente spesso si riferiscono a diversi tipi e al modo in cui sono collegati a una superficie. Questo studio rappresenta i primi esperimenti conosciuti con EBID per la creazione di nanopattern con “efficienza ad alta uccisione”, per i batteri noti per essere sia gram-negativi che gram-positivi. Essere in grado di raggiungere superfici che respingono i batteri ma permettere alle cellule di crescere sarebbe “il Santo Graal”, ma con l’EBID c’è un grande potenziale grazie al livello di controllo disponibile.
“La superficie nanopatterned ha mostrato un’alta efficienza battericida contro E. coli dove quasi tutte le cellule batteriche sono state affondate sui nanoparticelle con i componenti della cellula trapelati e una morfologia distorta”, hanno affermato i ricercatori. “Tuttavia, i nanopattern non potevano uccidere S. aureus con la stessa efficienza di E. coli . Considerando che l’attività battericida dei nanopattern è di natura fisica (corroborata dai risultati della superficie piana Pt-C), la differenza tra l’efficienza battericida contro E. coli e S. aureus potrebbe essere spiegata dalla parete cellulare più rigida e più spessa di S. aureus che richiede la rottura di forze più elevate. “
Il team sospetta che altri fattori possano influenzare anche le superfici nanoparticolari in relazione alle loro qualità battericide, quali:
Uniformità dei modelli
compattazione
Densità
bagnabilità
Durante questo studio, il team di ricerca ha capito che l’EBID offre un potenziale enorme ma ostacoli nell’upscaling delle aree modellate, impiegando 6,5 ore per produrne ciascuna. Tuttavia, è necessario creare aree con motivi più grandi.
“Indipendentemente dalla tecnica di upscaling scelta, la tecnologia EBID sottostante è la chiave per ottenere nanopattern riproducibili e precisamente controllati ed è quindi raccomandata per studi futuri”, hanno concluso i ricercatori.
“Ulteriori indagini sono necessarie per determinare il meccanismo esatto di uccisione, il ruolo dei diversi fattori coinvolti in quel processo e la possibile attività osteogenica, poiché le dimensioni degli attuali nanopattern sono all’interno dell’intervallo osteogenico. Sebbene l’EBID sia una tecnica molto potente per avere il controllo su tutte le dimensioni dei nanopattern nel processo di fabbricazione, la sfida dell’upscaling dell’area modellata riducendo il tempo di scrittura deve ancora essere superata. Questo è fondamentale per ulteriori esperimenti su cellule di mammiferi, che sono di dimensioni maggiori rispetto alle cellule batteriche. Un simile approccio aprirebbe la strada allo sviluppo di nanopattern con potenziale battericida e osteogenico simultaneo che potrebbe essere tradotto in uso clinico in futuro. “
