All’Università dell’Illinois hanno stampato in 3D un dispositivo microplasma in miniatura che potrebbe essere utilizzato per sviluppare trattamenti antibiotici più efficaci per le infezioni dell’orecchio medio. 

LE UNITÀ MICRO-JET ARRAY STAMPATE IN 3D HANNO MIGLIORATO L’EFFICACIA DEGLI ANTIBIOTICI NELLE INFEZIONI DELL’ORECCHIO
 
Inattivazione e sensibilizzazione di Pseudomonas aeruginosa mediante microplasma jet array per il trattamento dell’otite media 

Progettato per essere collegato a otoscopi clinici standard, il nuovo array di microplasma jet del team spara particelle cariche e molecole reattive per disabilitare i patogeni uditivi.

Rispetto ai normali trattamenti antibiotici, che possono indurre i batteri a sviluppare “biofilm” difensivi, i ricercatori affermano che il loro approccio fornisce “una maggiore penetrazione” e potrebbe persino essere utilizzato come base per i rimedi senza farmaci che vanno avanti. 

“I biofilm sono molto densi, il che rende difficile la penetrazione degli antibiotici”, ha affermato Helen Nguyen, professore di Ivan Racheff presso l’Università dell’Illinois. “Pensiamo che il microplasma distrugga il biofilm disturbando la membrana cellulare batterica. Finora, abbiamo solo misurazioni indirette a sostegno della nostra idea, ma la esamineremo in futuro”.

“SE POSSIAMO INTERROMPERE LA STRUTTURA DEI BIOFILM [VIRALI], POTREMMO AUMENTARE LA PENETRAZIONE DEGLI ANTIBIOTICI”.
 
Un futuro senza antibiotici?

Conosciuta anche come “otite media” o “OM”, l’infezione dell’orecchio medio è una malattia diffusa tra i bambini piccoli, che può causare loro una perdita temporanea dell’udito che influisce sulle loro prime abilità linguistiche. Sebbene gli antibiotici siano spesso prescritti per trattare l’OM, ​​gli studi hanno dimostrato che sono inefficaci in oltre il 70% dei casi, quindi l’infezione è diventata la ragione principale per l’uso dell’anestetico generale nei bambini. 

I casi cronici tendono ad essere correlati all’accumulo di un biofilm batterico nell’orecchio medio del paziente, poiché la loro natura aggregata consente loro di seminare infezioni ricorrenti. Per combattere questi biofilm virulenti, negli ultimi anni i ricercatori hanno sperimentato approcci basati sul microplasma, che si sono dimostrati particolarmente promettenti come mezzo per distruggere i patogeni in spazi ristretti. 

In uno di questi casi di test nel 2018, gli scienziati sono stati in grado di ridurre drasticamente la vitalità dei virus nei biofilm di dieci mesi, ma il loro approccio non è stato applicato ai patogeni correlati all’OM. Per risolvere il problema, il team dell’Illinois ha utilizzato la stampa 3D per creare una serie di nuovi dispositivi jet array di microplasma, prima di testare le loro capacità distribuendoli per “trattare” vari modelli di timpani caricati OM.  

 

Stampati in 3D da plastica trasparente, ciascuno dei dispositivi a microplasma degli scienziati presenta un telaio centrale con un ingresso di gas integrato, diffusore a microcanali e array di elettrodi. Durante l’uso, i plasmi generati e confinati in questi array di microcanali, possono teoricamente essere lanciati nelle orecchie dei pazienti sul retro dell’elio, per ridurre la vitalità dei patogeni uditivi. 

Per mettere in pratica i loro dispositivi, i ricercatori li hanno usati per trattare un timpano e una camera di ratto resecati, carichi di biofilm che ospitano i comuni batteri di P. aeruginosa . I risultati iniziali hanno mostrato che dopo 20 minuti di trattamento continuo, il dispositivo jet array del team è riuscito a eliminare circa il 90% dell’agente patogeno, in quella che costituiva l’area dell'”orecchio medio” del modello di test. 

Tuttavia, dato che i timpani dei ratti sono il 30% più spessi di quelli umani, gli scienziati hanno condotto ulteriori test su una membrana artificiale carica di batteri che presentava una struttura porosa più rappresentativa. Questa volta, il team ha trovato “nessuna cellula batterica intatta” dopo il trattamento, anche se ha ammesso che il gas utilizzato per trasportare il plasma al loro modello di prova, probabilmente ha interrotto la struttura dei biofilm.  

Andando avanti, gli scienziati affermano che il loro dispositivo richiede test in vivo per verificare i risultati, quindi ora stanno sviluppando un modello a forma di auricolare più adatto all’uomo che dovrebbe consentire tempi di esposizione più lunghi, mentre intendono anche valutarne l’efficacia nel trattamento di altre infezioni come haemophilus influenzae e moraxella catarrhalis. 

“Come passo successivo, utilizzeremo un timpano biostampato in 3D o impalcature impiantabili per esaminarne le strutture e le proprietà, inclusa la permeabilità dei tessuti”, ha concluso il team nel loro articolo. “Anche i modelli preclinici in vivo, come i modelli di cincillà indotti da OM, sarebbero utili per valutare l’efficacia del microplasma sui biofilm dell’orecchio medio cresciuti naturalmente”. 

 I risultati dei ricercatori sono dettagliati nel loro articolo intitolato ” Inattivazione e sensibilizzazione di Pseudomonas aeruginosa mediante microplasma jet array per il trattamento dell’otite media “. Lo studio è stato co-autore di Peter P. Sun, Jungeun Won, Gabrielle Choo-Kang, Shouyan Li, Wenyuan Chen, Guillermo L. Monroy, Eric J. Chaney, Stephen A. Boppart, J. Gary Eden e Thanh H. Nguyen . 

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