Utilizzare il sale per far penetrare le particelle portatrici di farmaci in profondità nei biofilm difficili da trattare

I ricercatori dell'Università di Yale hanno scoperto un nuovo metodo per migliorare la consegna di particelle portatrici di farmaci nei biofilm, una complessa rete di colonie batteriche racchiuse in una matrice adesiva simile a un polimero. Questi biofilm sono notoriamente resistenti ai trattamenti antibiotici convenzionali a causa della loro struttura, che ostacola la penetrazione di agenti terapeutici. Introducendo un gradiente di sale controllato, il team ha dimostrato una tecnica che spinge le particelle più in profondità nel biofilm, potenzialmente migliorando l'efficacia del trattamento contro le infezioni persistenti.

In uno studio pubblicato su Soft Matter, i ricercatori hanno utilizzato un sistema microfluidico per simulare ambienti di biofilm e testare l'efficacia del loro approccio. Hanno creato biofilm utilizzando E. coli e li hanno esposti a diverse concentrazioni di soluzioni di sale. Quando le particelle colloidali sono state introdotte in un ambiente a basso contenuto di sale adiacente a una regione ad alto contenuto di sale all'interno del biofilm, il gradiente di sale ha indotto un fenomeno chiamato diffusioforesi. Questo processo ha causato il movimento delle particelle verso l'area ad alto contenuto di sale, penetrando efficacemente più profondamente nel biofilm di quanto non fosse possibile in precedenza.

Il professor Amir Pahlavan, che ha guidato la ricerca, ha spiegato che i metodi tradizionali di somministrazione dei farmaci si basano sulla diffusione passiva, che è spesso inefficiente e richiede alte dosi di particelle per ottenere una penetrazione adeguata. "La diffusione di particelle di dimensioni nano e micron può essere molto lenta e inefficiente", ha detto Pahlavan. "Lo studio ha rivelato che l'efficacia del metodo di somministrazione a base di sale dipendeva fortemente dalla maturità del biofilm. Nei biofilm più giovani e meno densi, le particelle hanno raggiunto una penetrazione significativamente maggiore rispetto agli esperimenti di controllo senza un gradiente di sale.

Tuttavia, man mano che il biofilm invecchiava e diventava più denso, la profondità di penetrazione diminuì fino a raggiungere livelli simili a quelli osservati in assenza di un gradiente di sale.

Ciò suggerisce che la dimensione ottimale delle particelle per la somministrazione del farmaco può variare a seconda delle caratteristiche specifiche del biofilm. I ricercatori ipotizzano che il movimento delle particelle indotto dal sale potrebbe causare deformazione fisica della matrice del biofilm, facilitando potenzialmente la rimozione dei biofilm nel tempo. Tuttavia, se questo processo può distruggere costantemente i biofilm resta da determinare attraverso ulteriori esperimenti.

"Identifica la finestra in cui funziona la consegna guidata da gradienti e il regime più denso in cui tale vantaggio è in gran parte perso", ha detto. I risultati suggeriscono che i principi alla base di questa tecnica potrebbero estendersi oltre le applicazioni biomediche a settori come il trattamento delle acque e i processi industriali, dove i biofilm spesso ostruiscono attrezzature e infrastrutture. La ricerca apre nuove strade per lo sviluppo di terapie mirate contro le infezioni associate al biofilm, in particolare in contesti clinici che coinvolgono impianti e dispositivi medici.

Ottimizzando le dimensioni delle particelle e i gradienti del sale, gli studi futuri potrebbero affinare questo approccio per migliorare l'affidabilità e l'efficacia nel trattamento delle malattie legate al biofilm. Il team prevede di indagare la fisica sottostante che regola l'interazione tra gradienti del sale e strutture del biofilm, con l'obiettivo di scoprire meccanismi che potrebbero essere applicati a contesti più ampi.