Zwitterion – immagine: una spirale dipinta con un rivestimento zwitterionico viene rivelata dopo essere stata immersa in acqua con colorante alimentare. Credito immagine: University of Sydney
I ricercatori dell’Università di Sydney stanno sviluppando un rivestimento superficiale che potrebbe impedire la coagulazione del sangue nei dispositivi medici come cateteri e stent.
Gli zwitterion sembrano un lontano cugino di Twitter (X), ma in realtà sono una macromolecola comune presente nelle cellule umane. Gli scienziati dell’Università di Sydney stanno ora utilizzando gli zwitterion per creare materiali che potrebbero impedire la formazione di coaguli di sangue nei dispositivi medici e negli impianti.
Con 500.000-600.000 australiani che vivono con una malattia delle valvole cardiache (nel 2021), i dispositivi medici come le valvole cardiache e gli stent svolgono un ruolo cruciale nel salvare vite. Ma le proteine nel sangue possono attaccarsi ai lati degli impianti medici, accumulandosi nel tempo e formando un coagulo di sangue. Spesso ciò richiede un intervento chirurgico invasivo per rimuovere o sostituire l’impianto.
“Gli impianti medici sono costantemente sotto pressione per funzionare nel corpo umano. Una valvola cardiaca è costantemente sotto alta pressione per pompare il sangue, aprendosi e chiudendosi mezzo miliardo di volte in 10 anni”, afferma la Dott. ssa Sina Naficy, che guida un team di ricerca che sviluppa valvole cardiache più resistenti ai coaguli di sangue.
“L’attuale durata media di vita degli impianti di valvole cardiache esistenti è inferiore a 10 anni e c’è sempre il rischio che si degradino o che si verifichino complicazioni. Utilizzando materiali rivestiti in Zwitterion, puntiamo a ridurre il rischio di coaguli di sangue e ad aumentare la durata di vita delle valvole cardiache e di altri impianti medici”, afferma il Dott. Naficy, della Facoltà di Ingegneria chimica e biomedica dell’Università. Il Dott. Naficy è anche membro del Nano Institute dell’Università di Sydney.
Il mondo è pieno di molecole caricate positivamente e negativamente. La loro interazione reciproca guida la chimica della vita.
Gli zwitterion sono una molecola notevole perché sono positivi e negativi allo stesso tempo, il che li rende neutri. La parola “Zwitter” riflette questo comportamento: significa “ibrido” in tedesco. Sono anche molto efficaci nel formare legami con le molecole d’acqua.
Gli zwitterion sono già presenti nelle nostre cellule come parte della membrana cellulare. Creano un sottile strato di acqua e assicurano che il sangue e altre proteine viaggino attraverso il cuore e altri organi senza attaccarsi ad altre superfici.
Il “problema Riccioli d’oro”: quanta quantità di zwitterioni è “giusta”?
Il Dottor Naficy e il suo team si sono concentrati sulla capacità dello Zwitterion di essere chimicamente neutro, ma di amare l’acqua.
Come le precedenti scoperte scientifiche ispirate dalla natura, il team del dott. Naficy si è ispirato alla membrana cellulare e sta attualmente lavorando per imitarla. L’obiettivo dei ricercatori è progettare materiali che potrebbero estendere la durata di vita degli impianti medici.
Attualmente il team ha creato un rivestimento zwitterionico in cui, su aree del materiale “dipinte” con il rivestimento spesso solo pochi nanometri, ha creato con successo uno strato e una bolla d’acqua, come un’armatura acquosa. Su materiale senza rivestimento, ha respinto e diffuso l’acqua oltre i confini del materiale.
“Stiamo attualmente esplorando nuove formulazioni in grado di essere attaccate chimicamente alla superficie di qualsiasi tipo di impianto (realizzato con tessuti, metalli o plastica/gomma) con l’obiettivo di ridurre le loro interazioni con il sangue”, ha affermato il Dott. Sepehr Talebian della Facoltà di Ingegneria chimica e biomedica.
Uno degli ostacoli più grandi che gli scienziati vogliono superare è quanti zwitterioni siano “giusti”: un problema biomedico senza precedenti.
Video: dimostrazione del rivestimento superficiale zwitterion: i ricercatori dell’Università di Sydney hanno sviluppato un rivestimento zwitterion che si lega all’acqua, creando uno strato acquoso. Ciò è dimostrato qui, dove un cuore disegnato con il rivestimento viene rivelato dopo essere stato immerso in un colorante alimentare colorato. Credito Università di Sydney.
Il team ha recentemente pubblicato su Cell Biomaterials una revisione sul potenziale degli zwitterioni in campo biomedico, fornendo un modello dettagliato per la progettazione di tecnologie di rivestimento superficiale.
“C’è un grande potenziale, ma qual è il modo migliore per usare gli Zwitterion? Qual è lospessore ideale del rivestimento? Quale concentrazione dovremmo usare? Non possiamo semplicemente immergere una valvola cardiaca artificiale nella sostanza Zwitterion senza indagare le migliori condizioni. Troppa, potrebbe peggiorare la coagulazione; troppo poca, il rischio di coaguli di sangue rimane”, ha affermato il Dott. Talebian.
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“Dobbiamo anche studiare il modo migliore per ‘ancorare’ gli Zwitterion alla superficie di un materiale e il miglior ambiente per gli Zwitterion. Ciò include trovare la migliore concentrazione di ‘sale’ in una soluzione con gli Zwitterion. Troppo sale fa sì che i pennelli Zwitterion si raggruppino. Vogliamo che si distribuiscano uniformemente sulle superfici. Il curioso caso degli zwitterioni significa che ricercatori come noi stanno lavorando duramente per trovare le condizioni ottimali affinché questa macromolecola possa realizzare il suo pieno potenziale”.
Fonte: Università di Sydney