Il dispositivo a filamento antimicrobico Copper3D tenta di ridurre la trasmissione dell’HIV dall’allattamento al seno
La startup di stampa 3D Copper3D , con sede in Cile e negli Stati Uniti, utilizza additivi nano-ramici e aggiunge proprietà antimicrobiche a polimeri come PLA e TPU per creare oggetti stampati 3D antibatterici . L’anno scorso, Copper3D ha collaborato con la NASA per studiare i rischi microbici nello spazio, ma ora la startup sta lavorando a un importante progetto che è un po ‘più vicino a casa.
Secondo l’UNICEF , il numero di bambini e adolescenti che vivono con l’HIV nel 2017 ha raggiunto i 3 milioni, con 430.000 nuove persone infette e 130.000 morti per cause correlate all’AIDS. UNAIDS riferisce che nel 2018, 26.000 nuove infezioni da HIV tra i bambini fino a 14 anni sono risultate dall’interruzione del trattamento durante la gravidanza e dall’allattamento. Ma anche con queste conoscenze, l’ Organizzazione mondiale della sanità riferisce che 37,9 milioni di persone in tutto il mondo vivevano con l’HIV alla fine del 2018, di cui 8,1 milioni non sapevano nemmeno di avere la malattia.
Aziende e scienziati in tutto il mondo stanno lavorando per utilizzare la tecnologia per aiutare a controllare batteri e virus pericolosi con alti tassi di replicazione, come l’HIV. Copper3D ha creato un dispositivo stampato in 3D, con la sua nanotecnologia in rame, che può inattivare efficacemente il virus dell’HIV nelle giuste condizioni su determinati oggetti, un progetto che il direttore dell’innovazione della startup Daniel Martínez ci dice che è “il risultato di più di un anno di ricerca sui polimeri antimicrobici e il ruolo sull’inattivazione di virus ad alto tasso di replicazione come l’HIV. “
Il dott. Claudio Soto, direttore medico di Copper3D, ha dichiarato: “Comprendere il problema globale alla base delle statistiche sull’HIV e analizzare il ruolo che i nostri materiali antimicrobici potrebbero avere nel contenere la trasmissione del virus dell’HIV ci ha fatto pensare che potremmo sviluppare un qualche tipo di dispositivo che agisce come un’interfaccia tra madre e figlio per prevenire la diffusione di questo virus attraverso l’allattamento al seno, che è una delle principali vie di infezione.
“L’idea iniziale si basa su alcuni dei pochi studi disponibili che stabiliscono che gli additivi e i filtri a base di rame possono inattivare il virus HIV in una soluzione di latte materno, agendo specificamente contro la proteasi (essenziale per la replicazione virale) in cui gli ioni rame degradano in modo non specifico il membrana plasmatica fosfolipidica virale e denaturalizzare i suoi acidi nucleici; tuttavia, diversi problemi come i livelli di tossicità, il degrado nutrizionale del latte, il tempo di inattivazione del virus o la dimensione / forma ottimale di questi filtri rimangono irrisolti. “
Concetto 3D dell’inattivatore virale (in attesa di brevetto)
Copper3D, guidato dai co-fondatori Martínez, il Dr. Soto e il CEO Andrés Acuña, ha iniziato a lavorare su un progetto con, come ha affermato la startup in un comunicato inviato a 3DPrint.com, “due linee di ricerca”. L’anno scorso, hanno presentato una domanda di brevetto per il progetto, denominata Viral Inactivation System for a Breastmilk Shield per prevenire la trasmissione dell’HIV da madre a figlio. In primo luogo, l’efficacia di inattivazione virale del suo materiale PLACTIVE è stata testata con campioni di latte materno infetto da HIV, quindi il team ha progettato un oggetto che ottimizza l’inattivazione virale dell’HIV nel latte, fungendo da interfaccia madre-bambino durante l’allattamento.
“Il nostro scopo come azienda è sempre stato correlato per avere un impatto globale attraverso l’innovazione nei materiali e nelle nanotecnologie. Questa linea di ricerca di dispositivi e applicazioni mediche attive / antimicrobiche che si apre con questi studi ci riempie di orgoglio come azienda. Crediamo che stiamo segnando un prima e un dopo nel settore e prendiamo questo onore con un grande senso di responsabilità “, ha dichiarato Acuña. “Continueremo sulla strada dell’innovazione applicata, pensando sempre di svolgere un ruolo importante nelle sfide sanitarie globali più urgenti, in cui i nostri materiali antimicrobici, progetti 3D intelligenti, rigorosi processi di validazione tecnica e certificazioni di laboratorio, possono generare una nuova categoria di dispositivi antimicrobici / attivi in grado di evitare infezioni su scala globale e salvare milioni di vite. “
La startup ha commissionato uno studio di prova del concetto presso il laboratorio di virologia dell’Ospedale Clínico Universidad de Chile per convalidare la potenziale capacità di inattivazione virale dell’HIV di PLACTIVE. Lo studio ha utilizzato un protocollo a campione diviso per testare e trattare 20 sottocampioni di HIV-1 (sottotipo B, coltivato dal clone infettivo NL4-3, con ricettore CXCR4).
I sottocampioni sono stati randomizzati in diversi gruppi: A, B e Control. I campioni per A e B sono stati collocati in una scatola stampata in 3D verde o blu, con e senza l’additivo nano-rame; per un adeguato studio cieco, i ricercatori non sapevano quale fosse quale. I campioni sono stati esposti al dispositivo medico per 15, 60, 120 e 900 secondi e quindi coltivati con cellule reporter HIV-1 Jukat Cellule LTR-luciferase (1G5); Copper3D ha eseguito misure di coltura sui campioni 24, 48, 72 e 96 ore dopo il trattamento.
“I risultati preliminari hanno mostrato una riduzione della replicazione virale fino al 58,6% semplicemente esponendo i campioni alle scatole stampate in 3D contenenti nanoparticelle di rame. Quindici (15) secondi di esposizione sono stati sufficienti per ottenere una tale riduzione. Questi dati ci consentono di dedurre che aumentando la superficie di contatto di un fattore 10X, potremmo ottenere tassi di inattivazione molto più elevati, molto vicini al 100% (log3) e secondo i nostri calcoli, molto probabilmente in meno di 5 secondi “, ha spiegato Martínez. “Questi risultati sono coerenti con i tempi di riduzione ipotizzati proposti da Borkow, et. al. Per quanto ne sappiamo, questo è il primo saggio che mira a studiare l’inattivazione del virus dell’HIV utilizzando questo nuovo tipo di polimeri con nanotecnologia antimicrobica in rame in oggetti stampati in 3D. “
Questi risultati sono piuttosto promettenti, il che ha rafforzato il team mentre passavano alla seconda parte dello studio: progettare un dispositivo, con una superficie di contatto espansa di 10 volte, per il latte contaminato dall’HIV, che è incorporato in nano-rame per l’uso durante l’allattamento .
“Come ogni progetto di innovazione, questo è un processo in continua evoluzione. Abbiamo imparato molto lungo la strada e continueremo a progettare, iterare, testare, convalidare e apprendere materiali e dispositivi antimicrobici in futuro. I risultati preliminari ottenuti nella prima fase della nostra indagine sull’inattivazione virale su materiali nanocompositi attivi / antimicrobici ci danno un grande impulso per continuare in quella linea di ricerca “, ha affermato Martínez. “Speriamo nei prossimi mesi di concludere la seconda fase di questo studio. Per questi scopi sviluppiamo un nuovo materiale antimicrobico flessibile basato su TPU (MDflex), con lo stesso additivo nanocopper di PLACTIVE, per testare con nuove iterazioni del design di questo dispositivo di inattivazione virale con superfici di contatto espanse che riteniamo saranno molto più efficaci . Queste nuove intuizioni consentiranno lo sviluppo di una gamma completamente nuova di dispositivi e applicazioni mediche attive, con incredibili capacità di interagire con l’ambiente, eliminando batteri e virus pericolosi e proteggendo pazienti e utenti in tutto il mondo. Questa seconda e ultima fase dello studio si concluderà nel secondo trimestre del 2020. “
Il concetto di Copper3D per il suo inattivatore virale è di studiare come la capacità antimicrobica dei suoi materiali nano-rame influisce sull’inattivazione dell’HIV e come diverse forme e disegni per il dispositivo stampato in 3D possono aumentare la superficie di contatto con il latte materno, mentre si utilizza il nano-rame per migliorare l’efficacia. Il dispositivo è stato realizzato con vari strati e “rugosità” al fine di imitare ciò che è stato osservato nel tratto gastrointestinale umano.
I collaboratori dell’Università del Nebraska presso il Dipartimento di Biomeccanica di Omaha eseguiranno test di caratterizzazione meccanica del prototipo di Copper3D.
“Copper3D ha nuovamente sconvolto il campo dei dispositivi medici creando questo dispositivo rivoluzionario che può avere un enorme impatto nel ridurre la trasmissione dell’HIV da madre a figlio”, ha affermato Jorge Zuniga, professore associato di Biomeccanica all’università. “Il nostro laboratorio ha la fortuna di collaborare con Copper3D, in un progetto così incisivo”.
