L'Università di Toronto descrive la flessione dei dispositivi medici impiantabili che può portare alla crescita batterica

Uno studio condotto da ricercatori della Facoltà di Scienze Applicate e Ingegneria dell'Università di Toronto mostra che la deformazione meccanica di materiali impiantabili a scopo medico - come piegatura o torsione - può avere un grande impatto sulla formazione di biofilm potenzialmente dannosi. Lo studio, descritto in un articolo pubblicato su Scientific Reports, mostra che anche una leggera flessione di materiali elastomerici come il polidimetilsilossano (PDMS) – noto anche come silicone – apre fessure microscopiche che sono ambienti perfetti per la colonizzazione dei batteri. "Questi tipi di materiali sono utilizzati in tutti i tipi di applicazioni biomediche , dai cateteri ai tubi tracheali e alle protesi mammarie", afferma Ben Hatton, professore associato presso il dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali della facoltà e autore senior del nuovo studio. "La formazione di biofilm microbici su questi materiali è comune, ma noi sono rimasti sorpresi dal grado in cui la piegatura del silicone e di altri materiali in gomma provoca l'apertura e la chiusura reversibili di queste fessure e la grande differenza che fanno in termini di formazione di biofilm. "I biofilm sono comunità complesse di organismi che crescono sulle superfici. Sebbene le singole cellule microbiche siano sensibili sia agli antibiotici che ai sistemi di difesa naturali del corpo, l'ambiente del biofilm può proteggerle da questi interventi, che possono portare a infezioni persistenti. Le infezioni associate ai biofilm dei dispositivi medici, che a volte si sviluppano dopo l'intervento chirurgico, possono essere gravi rischi per la salute: allungamento della degenza ospedaliera o riammissione di pazienti dimessi. Hatton e il suo team fanno parte dei numerosi gruppi in tutto il mondo che sviluppano nuovi materiali, rivestimenti e altri approcci per prevenire la formazione di biofilm che possono portare a tali infezioni ." "Ma nel loro ultimo lavoro, hanno scelto di studiare qualcosa di più fondamentale: in primo luogo, come fanno questi organismi microbici colonizzatori ad affermarsi? "In parte, questo deriva dall'approccio multidisciplinare che adottiamo nel nostro gruppo," Hatton "Stiamo combinando microbiologia e scienza dei materiali, ma anche ingegneria meccanica, perché parliamo di stress meccanico, deformazione e deformazione. Questo effetto di flessione è qualcosa che non era stato notato prima. I loro esperimenti hanno dimostrato che le microfessurazioni possono formarsi molto facilmente. "Una cosa che abbiamo fatto è stata semplicemente pulirle più volte con un normale tessuto da laboratorio", afferma Desmond van den Berg, dottorando presso l'Istituto di ingegneria biomedica e autore principale dell'articolo, di cui sono coautori i colleghi ricercatori dell'Hatton Lab, Dalal Asker e Tarek Awad. "Anche questa pulizia è stata sufficiente per creare danni alla superficie. A occhio sembra ancora a posto, ma al microscopio si vedono già microfessure delle dimensioni in cui potrebbero penetrare i batteri. I batteri sono grandi solo pochi micrometri, quindi non ci vuole molto. con Pseudomonas aeruginosa, un batterio che forma biofilm comunemente usato come organismo modello in questi tipi di studi. Dopo la crescita, i campioni sono stati trattati con un colorante fluorescente, facendo brillare di verde tutti i batteri attaccati al microscopio ottico. "Quello che abbiamo visto è stato che i batteri preferivano chiaramente attaccarsi a queste fessure microscopiche," dice van den Berg. "Nei campioni piegati, c'erano da quattro a cinque volte più batteri sul lato che era in tensione rispetto al lato che era in compressione. Queste cellule hanno piena scelta su dove crescere, ma chiaramente amano il lato in cui si aprono tutte queste microfessure." Gli unici campioni rimasti relativamente privi di batteri erano quelli che erano stati sintetizzati nel laboratorio del team, e quindi rimasti estremamente lisci, osserva van den Berg. "Anche quelli prodotti in commercio che non abbiamo danneggiato in alcun modo presentavano già microfessure, appena estratti dalla confezione", afferma. "Sospettiamo che questi siano introdotti attraverso il processo di produzione , derivante dal modo in cui la plastica viene modellata in tubi o altre forme mediante estrusione o stampaggio a iniezione. prestare attenzione alle situazioni in cui i dispositivi in ​​silicone – come tubi o impianti protesici – vengono piegati durante l'uso, e prestare particolare attenzione al lato sotto tensione, poiché è qui che potrebbero iniziare le infezioni. "Ovviamente è difficile semplicemente non piegare un tubo di gomma che deve essere piegato, altrimenti perché dovresti farlo in gomma?" dice Hatton. "Ma forse possiamo imparare di più su come controllare o nascondere queste crepe superficiali, in modo che la piegatura non sia un problema. Questo è ciò su cui stiamo lavorando ora: ricercare metodi per ridurre i danni superficiali o modificare la superficie del silicone per ridurre la formazione di tali crepe." Lo studio è stato finanziato dalla Canadian Foundation for Innovation, dalla Percy Edward Hart Professorship presso l'Università di Toronto, il Fondo Nuove Frontiere per la Ricerca e la Connaught Foundation.