Aumento della resistenza agli antibiotici: sensori per super germi

La diffusione di superbatteri resistenti agli antibiotici sta facendo precipitare l'assistenza medica in tutto il mondo in una crisi. Si stima che nel 2028 il numero di vittime di batteri multiresistenti sarà pari a quello registrato prima della scoperta della penicillina 100 anni prima, con costi che si aggireranno intorno ai miliardi. L'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) definisce la "pandemia silenziosa" una delle maggiori minacce alla salute globale.

Lo sviluppo della resistenza è alimentato dall'uso prematuro di antibiotici senza aver prima identificato l'agente patogeno di base. Questo non è del tutto incomprensibile, perché: Durante la diagnosi si perde tempo prezioso utilizzando metodi che richiedono molto tempo, tanto che in situazioni di emergenza, ad esempio, spesso si decide di non attendere i risultati di laboratorio. La possibile conseguenza è che il trattamento rimane inefficace e aumenta il rischio di un ulteriore sviluppo di resistenza. I ricercatori dell'Empa stanno quindi lavorando insieme a partner clinici su strumenti diagnostici innovativi, come i sensori, che individuano più rapidamente gli agenti patogeni resistenti e consentono di somministrare tempestivamente un trattamento personalizzato.

Il sensore si accende in caso di polmonite

I batteri multiresistenti sono particolarmente comuni nelle infezioni nosocomiali come la polmonite. Un agente patogeno che può scatenare questo tipo di polmonite è Klebsiella pneumoniae. La ricercatrice dell'Empa Giorgia Giovannini, del laboratorio "Membrane biomimetiche e tessuti", sta attualmente collaborando con l'Ospedale cantonale di San Gallo per sviluppare un sensore per questo super germe che emette una luce fluorescente quando una Klebsiella-Infezione in atto. Il sensore reagisce all'enzima ureasi, prodotto dai batteri. Nel progetto "Doorstep", i ricercatori stanno lavorando su particelle polimeriche che circondano un colorante fluorescente. Se l'ureasi batterica decompone il polimero, il colorante può dispiegare la sua luminosità. Il metodo diagnostico dovrebbe funzionare con un tampone della gola o un campione di espettorato. Ciò consentirebbe di identificare gli agenti patogeni che causano la polmonite in poche ore invece che in diversi giorni.

Il cerotto mette in guardia dai germi delle ferite

Le ferite infette sono anche un'importante area di applicazione per la diagnosi rapida e precisa di agenti patogeni resistenti. Non solo causano dolore e danni ai tessuti, ma sono anche un terreno fertile per i superbatteri resistenti agli antibiotici. Un team guidato dai ricercatori dell'Empa Luciano Boesel e Giorgia Giovannini sta avviando un progetto in collaborazione con l'Ospedale cantonale di San Gallo per sviluppare una medicazione multisensore per le ferite. La medicazione si basa su nanoparticelle di silice incorporate in un idrogel resistente fatto di polimeri biocompatibili. La tecnologia dei sensori deve essere integrata direttamente nel materiale della medicazione. Le nanoparticelle sono funzionalizzate con sostanze che possono indicare in modo specifico l'escrezione di alcuni batteri.

I sensori sono progettati per rilevare agenti patogeni particolarmente temibili come Staphylococcus aureus e indicano un'alterazione dell'equilibrio acido-base nella ferita. Inoltre, il rischio di resistenza agli antibiotici dovrebbe diventare rapidamente visibile. Poiché i batteri altamente patogeni della ferita possiedono l'enzima beta-lattamasi, che utilizzano per inattivare alcuni antibiotici, il sensore contiene coloranti che vengono scomposti da questo enzima. Se i batteri resistenti presenti nella ferita producono l'enzima, il sensore avverte il paziente illuminandosi chiaramente sotto la luce UV. Nella pratica clinica quotidiana, il sensore per ferite consente una diagnosi rapida ed economica e un trattamento personalizzato delle ferite. Il progetto è stato reso possibile grazie alle generose donazioni della Fondazione Philipp e Henny Bender, della Fondazione Blumenau-Léonie Hartmann, della Fondazione Hans Groeber e della Fondazione Räschle.

Ripescato dall'urina

Un altro sgradevole rappresentante del regno batterico è Pseudomonas aeruginosa. Il batterio a forma di bastoncino può causare diverse malattie, tra cui le infezioni del tratto urinario, ad esempio attraverso i cateteri urinari durante il ricovero in ospedale. Inoltre, questi agenti patogeni sono spesso resistenti a diversi antibiotici. Un team di ricercatori dell'Empa e del Politecnico di Zurigo ha quindi sviluppato un metodo che utilizza nanoparticelle magnetiche per rilevare i batteri in modo rapido e preciso. Le particelle magnetiche sono accoppiate a blocchi proteici che reagiscono solo con i batteri. Pseudomonas aeruginosa le cellule batteriche possono infine essere "pescate" in modo specifico dall'urina utilizzando un campo magnetico.

Nella fase successiva, la sensibilità dei patogeni ai vari antibiotici viene analizzata con un metodo di chemiluminescenza. Se nella provetta sono presenti batteri resistenti, il campione emette luce. Se invece i germi possono essere uccisi con gli antibiotici, il campione rimane scuro. "Complessivamente, il test di resistenza richiede circa 30 minuti, rispetto ai diversi giorni necessari per la classica coltivazione di colture batteriche", spiega Qun Ren, capogruppo del laboratorio "Biointerfaces" dell'Empa a San Gallo. Ciò consente di determinare la terapia antibiotica appropriata in un breve lasso di tempo, prevenendo così lo sviluppo di ulteriori resistenze.

Fonte: Empa