Dispositivi medici a prova di batteri: dalla natura una strategia fisica contro le infezioni

Anche se potrebbe sembrare strano, la pelle degli squali, le ali delle libellule e le corsie degli ospedali hanno qualcosa in comune. Ciò che li lega è un filo di geometrie invisibili a occhio nudo, di pieghe microscopiche e di fisica applicata alla medicina. Da queste forme nasce una possibile svolta nella lotta alle infezioni correlate ai dispositivi medici e, più in generale, all’antibiotico-resistenza. A proporla è uno studio dell’IRCCS Istituto Clinico Humanitas e dell’Humanitas University, pubblicato su Nature Communications, che dimostra come sia possibile “lavare via” i batteri da stent, cateteri e impianti non con nuove molecole o rivestimenti chimici, ma sfruttando la sola geometria delle superfici.

Il problema: biofilm e resistenza

Cateteri, stent e tubi endotracheali, infatti, pur essendo strumenti salvavita, possono trasformarsi in terreno fertile per i batteri. Quando questi microrganismi aderiscono alle superfici formano biofilm, comunità protette da una matrice che li rende più resistenti agli antibiotici e alle difese immunitarie. A livello globale, le infezioni correlate all’assistenza sanitaria superano i 50 milioni di casi ogni anno, e oltre il 60% è associato proprio ai biofilm. In questo scenario, ridurre l’adesione batterica diventa una priorità clinica. L’idea: combattere i germi con la forma Il lavoro, firmato da Roberto Rusconi e Luca Pellegrino con la collaborazione dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca, parte da un cambio di prospettiva. Finora l’attenzione si è concentrata soprattutto sulla chimica dei materiali o su rivestimenti antimicrobici. I ricercatori di Humanitas hanno invece scelto una strada diversa: una strategia puramente fisica. In natura esistono superfici che ostacolano l’adesione microbica grazie alla loro struttura. La pelle degli squali presenta microscanalature che facilitano il distacco dei batteri sotto l’azione del flusso dei fluidi. Le ali delle libellule, invece, sono ricoperte da minuscoli pilastrini nanometrici capaci di danneggiare fisicamente i microrganismi. In entrambi i casi, è la forma – non la chimica – a fare la differenza.

Rughe microscopiche contro i batteri

Nel laboratorio di Fisica applicata, Biofisica e Microfluidica di Humanitas, il team ha ricreato superfici corrugate utilizzando PDMS, un polimero siliconico simile a quello impiegato in molti dispositivi medici. Attraverso un fenomeno chiamato “instabilità da buckling” – lo stesso che genera le rughe sulla pelle quando viene compressa – sono state ottenute increspature microscopiche con lunghezze d’onda controllate. I risultati sono stati netti: alcune configurazioni, in particolare con rughe di circa 5 micrometri, hanno ridotto l’adesione batterica di oltre il 90% e ostacolato in modo significativo la formazione di biofilm. L’effetto è stato osservato con due patogeni clinicamente rilevanti, Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureus, spesso responsabili di infezioni ospedaliere associate a dispositivi impiantabili.

Una barriera meccanica sotto flusso

Il punto chiave è che questi risultati sono stati ottenuti in condizioni dinamiche, riproducendo il flusso continuo di fluidi corporei a cui i dispositivi sono realmente esposti. Le superfici corrugate, soprattutto quando orientate in modo strategico rispetto al flusso, creano una sorta di instabilità meccanica per i batteri: le curvature impediscono loro di trovare un appoggio stabile, favorendone il distacco prima che possano organizzarsi in biofilm. Mantenendo invariata la chimica del materiale, i ricercatori hanno dimostrato che l’effetto è dovuto esclusivamente alla geometria.

Verso dispositivi più sicuri

Lo studio apre così la strada a una nuova generazione di dispositivi medici progettati “contro” i batteri attraverso la forma. Una strategia priva di farmaci, potenzialmente duratura e scalabile, che potrebbe ridurre il ricorso agli antibiotici e limitare l’insorgenza di resistenze. In un’epoca in cui l’antimicrobico-resistenza rappresenta una delle principali minacce per la salute globale, la risposta potrebbe non arrivare solo da nuove molecole, ma anche da un principio antico e silenzioso: la geometria.

Iscriviti alla Newsletter di Sanità Informazione per rimanere sempre aggiornato