Le proprietà antibatteriche dell’ossido di grafene

Tra i materiali della famiglia grafene, l’ossido di grafene è stabile in soluzione e offre vantaggi per potenziali applicazioni biomediche. Una ricerca italiana analizza gli effetti antimicrobici dell’ossido di grafene su importanti agenti patogeni umani, come E. coli, C.albicans, E.faecalis e S.aureus, con risultati che aiuteranno a progettare nanomateriali per una nuova terapia antimicrobica ‘verde’

L’ossido di grafene ha proprietà antifungine ed antibatteriche ed è efficace contro quattro importanti agenti patogeni umani, secondo un team di fisici e biotecnologi dell’Università Cattolica del Sacro Cuore di Roma e l’Istituto di Sistemi Complessi del Cnr (ISC-Cnr). Rivestire strumenti medici con questo materiale a base di carbonio potrebbe contribuire a ridurre le infezioni, soprattutto dopo un intervento chirurgico, oltre a ridurre l’uso di antibiotici e la resistenza agli antibiotici, dicono i ricercatori. L’ossido di grafene è un materiale stratificato costituito da fogli di grafene ossigenati con molecole quali epossido e carbossile e gruppi idrossilici sulla sua superficie. La presenza di questi gruppi funzionali rende l’ossido di grafene stabile in soluzione e offre vantaggi per potenziali applicazioni biomediche.

Come nano-coltelli. Studi precedenti sulle proprietà antimicrobiche dell’ossido di grafene, hanno dato risultati contraddittori secondo i ricercatori. Il team di ricerca italiano, coordinato da Massimiliano Papi e da Claudio Conti, ha è stato invece di analizzare come le dimensioni e la concentrazione di fogli di ossido di grafene influenzano la sua azione antimicrobica su importanti agenti patogeni umani. L’efficacia antimicrobica dell’ossido di grafene dipende dalla sua dimensione, dall’esposizione batterica al materiale e altri paramenti sperimentali. Il team ha esaminato l’effetto di ossido di grafene su tre batteri: Staphylococcus aureus e Enterococcus faecalis, causa di diverse infezioni cosiddette opportunistiche e nosocomiali, e Escherichia coli, che può provocare gravi intossicazioni alimentari, mostrando che ossido di grafene, in fogli di circa 200 nanometri, in soluzione di acqua è in grado di eliminare circa il 90% di S. aureus e E. faecalis, e circa il 50% di E. coli in meno di due ore. Lo studio ha dimostrato che l’ossido di grafene è efficace contro i batteri anche a concentrazioni inferiori a 10 mg / ml. “Sono tre le componenti che contribuiscono alle proprietà antibatteriche del materiale”, spiega Papi, “i fogli di ossido di grafene possono tagliare le membrane batteriche agendo come un nano-coltello, possono avvolgere i batteri come una coperta e fermare la loro crescita, oppure ossidare le componenti cellulari dei batteri”. Il team ha anche scoperto che l’ossido di grafene è efficace contro il fungo Candida albicans che causa infezioni fungine, con un’efficacia simile a quella trovata per E. coli.

Un ostacolo alla resistenza. La resistenza agli antibiotici è un problema crescente. Circa 25.000 persone in Europa muoiono ogni anno per infezioni resistenti ai batteri. Senza nuovi agenti antibatterici molte procedure mediche di routine potrebbero presto diventare impossibili. Mentre i batteri sviluppano rapidamente una resistenza agli antibiotici, il meccanismo antibatterico dell’ossido di grafene che agisce sia con danni meccanici che con l’ossidazione chimica renderebbe più difficile l’affermarsi di tale resistenza. I ricercatori sottolineano inoltre che l’ossido di grafene può essere miscelato con polimeri biocompatibili per ottenere un rivestimento antibatterico adatto per dispositivi medici suscettibili di colonizzazione batterica, quali i cateteri. Strumenti chirurgici rivestiti con tale materiale, ad esempio, potrebbero uccidere i batteri. Questo potrebbe ridurre la necessità di antibiotici, diminuire le infezioni post-operatorie e diminuire i tempi di guarigione. La ricerca svolta è parte di un progetto finanziato dall’UE, dal nome VANGUARD, che sta testando la possibilità di utilizzare strutture di ossido di grafene per riparare e rigenerare tessuti danneggiati. “Queste applicazioni potrebbero essere rivoluzionarie per la gestione delle infezioni ospedialiere, soprattutto per i pazienti immunocompromessi”, dice Papi. “I costi contenuti dell’ossido di grafene lo rendono particolarmente rilevante per il controllo delle infezioni nei paesi a basso reddito”. Il team di ricercatori ha ora intenzione di testare l’effetto dell’ossido di grafene su altri agenti patogeni, come batteri resistenti agli antibiotici, virus e altri funghi.

Lo studio è stato presentato da Valentina Palmieri in occasione del 60° convegno annuale della Società Biophysical Society a Los Angeles.

 

V. Palmieri, M. Papi, F. Bugli, M. Lauriola, C. Conti, G. Ciasca, G. Maulucci, M. Sanguinetti, M. De Spirito. TOWARDS A “GREEN” ANTIMICROBIAL THERAPY: STUDY OF GRAPHENE NANOSHEETS INTERACTION WITH HUMAN PATHOGENS – Biophysical Society 60th Annual Meeting, February 27- March 2, 2016, Los Angeles.

Contatti: Claudio Conti, Fotonica Nonlineare – ISC Roma

[Immagine: immagini confocale di batteri S.Aureus intrappolati in aggregati di ossido di grafene formatisi dopo incubazione in soluzione salina. I batteri sono colorati in rosso e l’ossido di grafene in giallo. Copyright © Valentina Palmieri, ISC-Cnr Roma]

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