Le infezioni correlate ai dispositivi medici rappresentano una delle sfide più critiche per la sanità moderna. Ogni anno si stimano oltre 50 milioni di infezioni legate all’assistenza sanitaria nel mondo, e più del 60% è associato alla formazione di biofilm batterici, strutture che rendono i microrganismi più resistenti agli antibiotici. Cateteri, stent e impianti, a contatto continuo con sangue, urina e altri fluidi corporei, diventano superfici ideali per l’attecchimento dei patogeni. Oggi però una ricerca italiana propone un cambio di paradigma: non intervenire sulla chimica dei materiali, ma sulla loro forma microscopica. La ricerca è stata condotta da Roberto Rusconi, responsabile dell’unità di Fisica Applicata, Biofisica e Microfluidica presso l’IRCCS Istituto Clinico Humanitas e professore associato di Fisica per le scienze della vita, l’ambiente e i beni culturali all’Humanitas University, e da Luca Pellegrino, ricercatore post-dottorato nello stesso laboratorio. Lo studio dimostra che particolari corrugazioni superficiali possono impedire ai batteri di stabilizzarsi, sfruttando semplicemente il flusso naturale dei fluidi corporei per “spazzarli via”.
Dalla chimica alla fisica: superfici ispirate a squali e libellule
Finora la prevenzione delle infezioni su dispositivi medici si è basata soprattutto su rivestimenti antimicrobici o modifiche chimiche dei materiali. I nuovi dati aggiungono invece un elemento determinante: la geometria delle superfici. L’idea nasce osservando la natura. La pelle degli squali è caratterizzata da minuscole scanalature micrometriche che limitano l’accumulo di microrganismi favorendone il distacco; le ali delle libellule presentano strutture nanometriche capaci persino di danneggiare fisicamente i batteri. Applicando questi principi, i ricercatori hanno realizzato superfici corrugate in PDMS (un polimero siliconico ampiamente utilizzato in ambito biomedicale), ottenute tramite stiramento controllato e fenomeni fisici di instabilità chiamati “buckling”, simili alle pieghe che si formano sulla pelle compressa. Le micro-increspature create in laboratorio sono state poi testate in condizioni dinamiche che riproducono fedelmente il flusso dei fluidi corporei, superando i tradizionali esperimenti statici poco rappresentativi della realtà clinica. Il principio è puramente meccanico: se una superficie non offre un punto di ancoraggio stabile, i batteri vengono continuamente sollevati e trascinati via dal flusso. Le curvature microscopiche agiscono come una barriera fisica che ostacola l’adesione iniziale, passaggio cruciale per la formazione del biofilm.
Riduzione dell’adesione batterica oltre il 90%
I risultati sono significativi: determinate configurazioni di “rughe” larghe circa cinque micrometri hanno ridotto l’adesione batterica di oltre il 90%. L’effetto è stato osservato variando le condizioni di flusso e testando due patogeni di grande impatto clinico, Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureus, frequentemente coinvolti in infezioni ospedaliere legate a cateteri, stent e tubi endotracheali. Un aspetto chiave dello studio è che la composizione chimica delle superfici è rimasta invariata: la diminuzione della colonizzazione è attribuibile esclusivamente alla struttura geometrica. Questo apre la strada a dispositivi medici progettati per essere intrinsecamente anti-biofilm, senza ricorrere a farmaci o rivestimenti che possono perdere efficacia nel tempo e favorire fenomeni di antibiotico-resistenza. Le verifiche sono state effettuate con tecniche di microscopia ad altissima risoluzione, capaci di analizzare dettagli fino al milionesimo di millimetro, integrando osservazioni dinamiche dei batteri con immagini strutturali delle superfici. La prospettiva è chiara: progettare cateteri e stent con micro-geometrie ottimizzate potrebbe ridurre drasticamente le infezioni correlate ai dispositivi medici, migliorando la sicurezza dei pazienti e offrendo una risposta concreta alla crescente minaccia dell’antibiotico-resistenza. In questo scenario, la fisica delle superfici si candida a diventare una nuova alleata della medicina.