Il primo idrogel polipeptidico antimicrobico per favorire la rigenerazione dei tessuti
Il nostro corpo è in grado di riparare le lesioni minori, finché l’entità del danno rimane al di sotto di una soglia critica. Ad esempio, le cellule cutanee si rinnovano costantemente in seguito a piccoli tagli o ustioni e il fegato è addirittura in grado di rigenerarsi. Ma mentre si rigenerano, i tessuti sono estremamente vulnerabili alle infezioni microbiche che talvolta hanno conseguenze letali. Sebbene questo problema possa essere mitigato dagli antibiotici, la resistenza agli antimicrobici (AMR) ne sta riducendo sempre più l’efficacia. Un modo per affrontare questo problema è la rigenerazione tissutale, agevolata da substrati che forniscono un supporto meccanico e un modello di crescita cellulare, oltre all’ambiente necessario per la crescita, che apporta le sostanze nutritive e i livelli di pH necessari. «Gli idrogel a base di polimeri naturali, quali il collagene e la gelatina, sono i materiali più comuni per i substrati, in quanto imitano la nostra matrice extracellulare naturale, ma non hanno proprietà antimicrobiche», spiega Andreas Heise, coordinatore del progetto GelPrint, intrapreso con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie. Per creare materiali antimicrobici per substrati di qualità superiore, GelPrint ha valutato gli idrogel partendo dai nuovi polipeptidi a stella a otto punte, che presentano una combinazione degli aminoacidi cisteina, lisina e tirosina, in rapporti differenti.
Creare una libreria di idrogel
Il vantaggio dell’approccio adottato in GelPrint è che i polipeptidi a stella si possono ottenere attraverso rapidi processi di polimerizzazione. Il team ha scoperto che questi polipeptidi formavano idrogel composti per il 90 % circa di acqua e ciò è estremamente utile per la crescita delle cellule. «Abbiamo progettato un idrogel antimicrobico composto solo da aminoacidi naturali: un polipeptide. La nostra domanda è stata quindi come ingegnerizzare chimicamente questi materiali per combinare tutte le proprietà desiderate», aggiunge Heise del Royal College of Surgeons in Irlanda. Ai ricercatori di GelPrint piace lavorare con i polipeptidi perché possono essere ampliati facilmente fino a varie centinaia di grammi, ma per progettare un materiale che combini diverse proprietà, è prima necessario svelare le strutture molecolari di fondo da cui derivano. «Abbiamo sviluppato una mappa delle strutture/proprietà per individuare i materiali migliori e capire come piccoli cambiamenti strutturali influivano sulle proprietà dell’idrogel. Questo approccio iterativo ci ha fornito la nostra libreria di strutture polipeptidiche», spiega Heise. Quindi il team ha testato le proprietà reologiche degli idrogel, ovvero la loro risposta alle pressioni. Sono stati inoltre condotti esperimenti di citotossicità per escludere che dagli idrogel potessero fuoriuscire perdite nocive per le cellule, la cui assenza è stata confermata. «Da questi materiali abbiamo selezionato i candidati per i test antimicrobici. È stato entusiasmante riscontrare dai risultati preliminari che le nostre selezioni impedivano la crescita in due ceppi microbici», osserva Heise.
Affrontare una minaccia crescente
L’AMR è ritenuta dall’Organizzazione mondiale della sanità una minaccia sempre più grave per la salute pubblica globale. Nell’UE, è responsabile di circa 33 000 decessi ogni anno. Oltre alle tragedie personali, i costi sanitari e le perdite di produttività sono stati stimati in 1,5 miliardi di euro all’anno. «L’applicazione dei nostri idrogel è come quella di una crema, un unguento o una medicazione per trattare le ferite. Per la rigenerazione dei tessuti, potrebbero essere stampati in 3D per ricreare esattamente la forma necessaria», conclude Heise. Il team si augura inoltre che il proprio lavoro contribuisca a individuare nuovi agenti antimicrobici contro cui gli agenti patogeni non possano sviluppare resistenza. Per il momento, il team sta lavorando per comprendere meglio le specifiche modalità di risposta dei microbi agli idrogel, prima di passare dai microbi di laboratorio ai campioni clinici.
Parole chiave
GelPrint, idrogel, resistenza agli antimicrobici, polipeptide, rigenerazione tissutale, infezione, aminoacidi
