Sviluppo e ottimizzazione di un metodo di crescita e quantificazione del biofilm per la caratterizzazione del comportamento antibiofouling di materiali polimerici per uso biomedicale

Molti batteri hanno sviluppato la capacità di aderire a supporti solidi generando sistemi cellulari organizzati immersi in un sistema matriciale da loro stessi prodotto che prende il nome di biofilm. Questo fenomeno rappresenta una grave minaccia dal punto di vista sanitario, poiché promuove l’insorgenza di infezioni croniche e conferisce resistenza ai trattamenti tradizionali. la formazione di biofilm è ancora più grave nei dispositivi medici impiantabili, come quelli utilizzati nella dialisi peritoneale dove sono a contatto con il peritoneo, facilitando la diffusione sistemica dell’infezione. Il presente studio, condotto presso il laboratorio chimico e microbiologico dell’azienda biomedicale Mozarc S.r.l., mira a caratterizzare il comportamento anti-biofilm di polimeri plastici destinati alla produzione e al rivestimento di un contenitore con funzione di stoccaggio e accumulo di liquido sterile, all’interno di un nuovo dispositivo per la dialisi peritoneale. Dato che le cellule batteriche responsabili della formazione del biofilm si trovano sospese in un liquido è possibile sfruttare le caratteristiche superficiali dei materiali per modulare l’angolo di contatto e di conseguenza la bagnabilità. Minimizzando la superficie di contatto tra le due fasi è possibile contrastare l’attecchimento microbico o la crescita di biofilm tramite un metodo fisico, evitando gli svantaggi legati ad un trattamento chimico o farmacologico. Dopo una prima fase della sperimentazione in cui è stato sviluppato e ottimizzato un metodo di crescita e di quantificazione del biofilm oltre a valutare l’effetto anti-biofilm in condizioni statiche, in questa fase del progetto ci si è concentrati sullo studio in condizioni dinamiche simulando l’effetto di un flusso, tramite un agitatore basculante, nell’indurre la rimozione del biofilm. Un materiale con buone proprietà anti-biofilm può impedirne la formazione in condizioni statiche ma può anche agire consentendo la formazione di un biofilm con caratteristiche tali da facilitarne la rimozione applicando blande condizioni di flusso. Un altro argomento del presente studio è stato l’ottimizzazione del design di nuovi motivi geometrici superficiali micro-strutturati, detti micropattern, realizzati da modelli già utilizzati in altri studi in letteratura. Dalla loro analisi si è cercato di correlare le caratteristiche superficiali dei motivi (come geometria, rugosità, dimensioni) con la capacità di ostacolare l’adesione batterica conferendo al materiale comportamenti anti-biofilm o antibiofouling, al fine di generare nuovi sistemi micro-strutturati e confrontarne il comportamento con tecnopolimeri già in commercio. Il set-up sperimentale ha utilizzato campioni di materiale rettangolari di 5 cm per lato esposti ad una sospensione batterica di Pseudomonas aeruginosa. Successivamente è stata effettuata una procedura di lavaggio su alcuni campioni o di induzione del distacco su altri. È seguita poi una fase di fissazione con metanolo, e colorazione con cristalvioletto. La fase di quantificazione ha sfruttato un’analisi colorimetrica tramite l’utilizzo di un software di elaborazione delle immagini (Imagej). Dai risultati è stata osservata una correlazione tra la natura chimica e strutturale del polimero con il suo comportamento anti-biofilm, in particolare con la capacità di ridurre la produzione di matrice responsabile della stabilità meccanica del biofilm. Dalla caratterizzazione dei materiali microstrutturati, è emerso il ruolo di parametri come rugosità, geometria del motivo e dimensioni delle features nel prevedere e ridurre l’adesione batterica, in linea con i risultati già presenti in letteratura. Inoltre, sono state suggerite alcune modifiche per ottimizzarne il design e migliorare l’effetto anti-attecchimento.