Come uccidere i batteri con nanodischi d'oro e laser

I ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnica per uccidere i batteri in pochi secondi utilizzando nano dischi di oro molto porosi e leggeri. Il metodo potrebbe in futuro aiutare gli ospedali nel trattamento di alcune infezioni comuni senza l'uso di antibiotici, e potrebbe contribuire a ridurre il rischio di diffusione di resistenza antibiotici.

"Abbiamo dimostrato che tutti i batteri, -ha detto Wei-Chuan Shih, professore del dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica, Università di Houston - sono stati uccisi abbastanza rapidamente. Entro un tempo variabile da cinque a venticinque secondi. Questo è un processo molto veloce”. Gli scienziati hanno  creato nanoparticelle di oro in laboratorio sciogliendo oro, riducendo il metallo in pezzi sconnessi sempre più piccoli fino a quando la dimensione deve essere misurata in nanometri. Un nanometro equivale a un miliardesimo di metro. Un capello umano è tra 50.000 a 100.000 nanometri di diametro. Una volta miniaturizzate, le particelle possono essere realizzati in varie forme tra cui canne, triangoli o dischi. La ricerca dimostra che le nanoparticelle di oro assorbono la luce forte, convertendo i fotoni rapidamente in calore e raggiungendo temperature abbastanza calde da distruggere vari tipi di cellule vicine - tra cui le cellule del cancro e le cellule batteriche. Nel 2013, Shih e i suoi colleghi presso l'Università di Houston hanno creato un nuovo tipo di nanoparticelle discoidale oro che misurano qualche centinaio di nanometri di diametro. I dischi sono pieni di pori, -ha detto Shih- dotando le particelle del carattere spugnoso, artificio  che aiuta ed aumenta la loro efficienza di riscaldamento pur mantenendo la loro stabilità. I ricercatori hanno deciso di testare le proprietà antimicrobiche delle loro nuove nanoparticelle quando sono attivate dalla luce. Hanno fatto crescere i batteri in laboratorio tra cui E. coli e due tipi di batteri resistenti al calore che prosperano anche negli ambienti più brucianti come le sorgenti calde National Park di Yellowstone.Poi, hanno messo cellule dei batteri sulla superficie di un rivestimento monostrato dei piccoli dischi e brillavano vicino a luce infrarossa da un laser su di essi. In seguito, hanno usato i test di vitalità cellulare e le immagini SEM per vedere e stabilire qual era stata la percentuale di cellule sopravvissute alla procedura. Utilizzando una termocamera, i ricercatori hanno dimostrato che la temperatura superficiale delle particelle ha raggiunto temperature fino a 180 gradi Celsius, quasi istantaneamente. Quindi è avvenuta "l'erogazione di shock termici" nella matrice circostante. Come risultato, tutte le cellule batteriche sono stati uccise entro venticinque secondi.  E. coli si è dimostrato più vulnerabile al trattamento; tutte le sue cellule erano morte dopo solo cinque secondi di esposizione al laser. Per gli altri due tipi di batteri , -ha rimarcato Shih -  sono stati necessari ben venticinque secondi, ma questo è ancora un metodo molto più veloce rispetto ai metodi di sterilizzazione tradizionali come l’uso di acqua bollente o utilizzando forni a secco di calore, che possono richiedere da minuti a quasi un'ora per essere efficaci. Ed è "notevolmente inferiore" -scrivono i ricercatori- rispetto a quello che altri assemblamenti di nanoparticelle hanno dimostrato di valere in studi recenti. Il tempo necessario per raggiungere simili livelli di morte cellulare in tali studi varia da uno a venti minuti. Negli studi di controllo, i ricercatori hanno scoperto che né i dischi d'oro, né luce del laser da soli hanno ucciso molte cellule. La tecnica -spiega Shih- ha importanti potenziali applicazioni biomediche. Adesso, i ricercatori stanno studiando utilizzando le particelle come semplice rivestimento per cateteri per contribuire a ridurre il numero d’infezioni del tratto urinario negli ospedali."Qualsiasi tipo di procedura di luce attivata - ha detto- sarebbe molto più facile da implementare al capezzale di un paziente, invece della rimozione e sostituire potenzialmente il catetere ogni volta che ha bisogno di essere pulito.”

Un'altra potenziale applicazione che si sta esplorando è  quella d'integrare le nanoparticelle con membrane filtranti in filtri per l'acqua di piccole dimensioni,  per contribuire a migliorare la qualità dell'acqua.

Simulazione di batteri da uccidere con nanodischi d'oro e laser