Recerca
“Nanopunyals” contra els bacteris A la naturalesa es poden trobar estructures amb propietats excepcionals. Hi ha superfícies que repel·leixen l’aigua de manera molt eficient (superfícies hidròfobes) i alguns insectes tenen una capacitat d’autoneteja que els permet prevenir la contaminació de partícules com ara la pols, les espores o els bacteris. Ara s’ha descobert, a més, que les ales d’alguns insectes com la cigala tenen una propietat més: són letals per a determinats bacteris gramnegatius com la Pseudomonas areuginosa, un bacteri comú que pot provocar malalties en plantes, animals i persones. Un equip d’investigadors, en el qual participa el Departament d’Enginyeria Química de la URV, ha aprofitat aquesta capacitat antibacteriana per dissenyar estructures artificials, que actuen com a petits punyals, a partir d’aquestes propietats. Es tracta de poder incorporar aquestes estructures a materials que requereixin altes propietats antibacterianes, de vital importància en la lluita contra les malalties infeccioses.
RECERCA // URV, REVISTA DE LA UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI
Aquest treball (http://softmat.net/2012/05/22/ anti-microbial-materials/), publicat a la revista Small (“Natural bactericidal surfaces: mechanical rupture of Pseudomonas aeruginosa cells by cicada wings”) i en altres publicacions com Nature, mostra el descobriment d’un
nou mecanisme antibacterià un cop s’ha conegut que les superfícies de les ales de determinats insectes destrueixen els bacteris. Vladímir A. Baulin, investigador ICREA de la URV (Departament d’Enginyeria Química) i el seu doctorand Serguei Pogodin, formen part de l’equip multidisciplinari liderat per una investigadora australiana, la professora Elena Ivanova, de la Universitat Swinburne (Melbourne, Austràlia). En general, quan es pensa en superfícies antibacterianes, es consideren les superfícies que repel·leixen bacteris, prevenen la unió a la superfície i la consegüent formació d’una biopel·lícula (comunament es coneix com a antiincrustant, que és la propietat que tenen alguns materials que impedeixen l’adherència i l’acumulació de matèria biològica en les seves superfícies). Ara, però, les investigacions sobre la interacció de les cèl·lules del bacteri Pseudomonas aeruginosa amb les ales cigala ha revelat que la superfície de l’ala en realitat no ha estat particularment eficaç en el rebuig dels bacteris, però en contra, pot atreure aquestes cèl·lules i destruir-les. Els investigadors han pogut veure, a través de la microscòpia electrònica, nanopilars (uns cons de talla nanoscòpica) a la superfície de les ales on penetren les cèl·lules, que són letals, després dels experiments. En només tres minuts, les cèl·lules bacterianes que estan en contacte amb aquesta superfície es moren.
Aquest és el primer exemple de l’existència d’una superfície natural amb una estructura física que exhibeix aquestes propietats bactericides eficaces. Els nanopilars de les ales de la cigala són extremadament eficaços per matar les cèl·lules Pseudomonas aeruginosa i possiblement d’altres tipus. Aquesta capacitat bactericida de la superfície de l’ala és sobretot un efecte físic i mecànic, i es conserva quan la química de la superfície s’altera substancialment, com es va poder comprovar amb les investigacions que va fer aquest grup. El fet que les ales de cigala puguin matar bacteris a través d’un mecanisme que es basa només en l’estructura de la seva superfície representa un enfocament totalment nou que obre les portes a produir superfícies antibacterianes, de vital importància contra la lluita de les malalties infeccioses.
Els investigadors de la URV han participat en la part de la modelització teòrica d’aquesta recerca amb la finalitat d’explicar el mecanisme del fenomen observat i ara, a Austràlia, es treballa en el desenvolupament de les superfícies artificials seguint aquest mecanisme, que fins i tot poden ser més eficaces que les naturals. En un futur pròxim, aquesta superfície es podria utilitzar per dissenyar nou material quirúrgic, implants o sistemes d’embalatge amb propietats antibacterianes. Ara la recerca continua també estudiant altres espècies i altres tipus de bacteris per optimitzar els models que ja s’han creat i augmentar-ne l’eficàcia.
Podeu veure les animacions de simulació de la superfície i del mecanisme generades pels investigadors a Youtube: http://www.youtube.com/watch?v=K SdMYX4gqp8&feature=relmfu http://www.youtube.com/watch?v=J DOEAUdqJGk&feature=relmfu
Mag= 29.39 K X 1pm WD= 10mm EHT= 3.00 Kv Signal A= SE2 Date: 17 Mar 2011 SUPRA 40VP-25-38 Noise Reduction= Pixel Avg. Signal B= InLens Chamber Status= Pumping (HV)
// Imatge al microscopi electrònic de bacteris Pseudomonas aeruginosa atrapats en l’ala d’una cigala.
elperfil Vladímir A. Baulin Graduat amb honors al Departament de Física de la Universitat Estatal de Moscou l’any 2000, Vladímir A. Baulin va fer durant tres anys el doctorat en teoria de la física de polímers a la Comissió d’Energia Atòmica de Grenoble (França). Doctorat en Física l’any 2003, del 2004 al 2006 va investigar a l’Institut Charles Sadron d’Estrasburg, on va proposar un model teòric per orientar els microtúbuls, components del citoesquelet
cel·lular. Baulin és investigador ICREA a la URV des de l’any 2008 i ha centrat la seva recerca en teoria de matèria tova, física de polímers i biofísica. Una de les principals línies de recerca és el desenvolupament de la teoria del camp mitjà de cadena simple, un mètode teòric capaç de predir les propietats de nanoestructures a partir dels detalls microscòpics dels seus components polimèrics.
RECERCA // URV, REVISTA DE LA UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI
//
21