Grafene: il nano-disinfettante del futuro

grafene

Uccidere i batteri tagliandone le membrane cellulari come un nano-coltello, oppure soffocandoli come se si intrappolassero con una coperta, o ancora ossidando le loro componenti cellulari: ecco le potenzialità del grafene, con risultati che aiuteranno a progettare nanomateriali per una nuova terapia antimicrobica “green”.

Il grafene è un materiale costituito da uno strato monoatomico (quindi con uno spessore delle dimensioni di un atomo) di atomi di carbonio, in cui gli atomi si dispongono a formare esagoni regolari di 120°. Il grafene viene generalmente ottenuto in laboratorio dalla grafite, mediante esfoliazione meccanica o trattamento chimico con una soluzione di acido solforico e nitrico. La scoperta del grafene nel 2004 da parte di Andre Geim e Kostantin Novoselov dell’Università di Manchester è valsa ai due scienziati russi il Nobel per la fisica nel 2010. Da allora il grafene ha conquistato l’appellativo di “materiale delle meraviglie”.

I ricercatori della Facoltà di Medicina e Chirurgia dell’Università Cattolica di Roma, in collaborazione con l’Istituto dei Sistemi Complessi del Consiglio nazionale delle ricerche (ISC-CNR), hanno dimostrato che l’ossido di grafene ha proprietà anti-fungine e anti-batteriche contro quattro importanti agenti patogeni umani (Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Staphylococcus aureus, Candida albicans).

L’ossido di grafene è un materiale stratificato e grazie alla presenza di gruppi idrossilici sulla sua superficie è stabile in soluzione. Il gruppo di ricercatori ha valutato in vitro l’efficacia dell’ossido di grafene sotto forma di fogli di circa 200 nanometri su tre batteri: Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis ed Escherichia coli, causa di diverse infezioni nosocomiali e intossicazioni alimentari. In particolare, l’ossido di grafene in soluzione acquosa è risultato molto efficace contro S. aureus ed E. faecalis, riuscendo ad abbattere circa il 90%, mentre una riduzione del 50% è stata ottenuta contro E.coli in meno di due ore. Anche piccole concentrazioni, inferiori a 10 mg/ml, sono risultate efficaci contro i batteri. Gli scienziati hanno anche scoperto che l’ossido di grafene è efficace contro il fungo Candida albicans che causa infezioni fungine, con un’efficacia simile a quella osservata per E. coli.

aggregati di ossido di grafene e batteri
Immagini al microscopio confocale di S.Aureus intrappolati in aggregati di ossido di grafene formatisi dopo incubazione in soluzione salina. I batteri sono colorati in rosso e l’ossido di grafene in giallo. Copyright © Valentina Palmieri, ISC-Cnr Roma

“Sono tre le componenti che contribuiscono alle proprietà antibatteriche del materiale”, spiegano i ricercatori, “i fogli di ossido di grafene possono tagliare le membrane batteriche agendo come un nano-coltello, possono avvolgere i batteri come una coperta e fermare la loro crescita, oppure ossidare le componenti cellulari dei batteri”. È proprio questa triplice azione che rende l’ossido di grafene superiore ad altri agenti antibatterici oggi in uso. Il grafene (sotto forma di formulazioni gel o liquide) potrebbe divenire un disinfettante ospedaliero in tempi rapidi col duplice vantaggio che si tratta di una molecola a basso impatto ambientale e ha dei costi contenuti. Oltre che come disinfettante, il grafene potrebbe essere usato per rivestire strumenti medici e chirurgici e in questo modo potrebbe contribuire a ridurre le infezioni, soprattutto quelle causate da batteri antibiotico-resistenti in ambiente ospedaliero.

Maria Laura Luprano

Fonti: V. Palmieri, M. Papi, F. Bugli, M. Lauriola, C. Conti, G. Ciasca, G. Maulucci, M. Sanguinetti, M. De Spirito. TOWARDS A “GREEN” ANTIMICROBIAL THERAPY: STUDY OF GRAPHENE NANOSHEETS INTERACTION WITH HUMAN PATHOGENS – Biophysical Society 60th Annual Meeting, February 27- March 2, 2016, Los Angeles.

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