L'essenziale è invisibile agli occhi
di Marica Egidio * e Yolande T.R. Proroga**
Sempre più frequentemente si sente parlare di nanotecnologie come qualcosa di innovativo e rivoluzionario. Ma cosa sono realmente le nanotecnologie? Come nascono e quali potrebbero essere i possibili sviluppi futuri di questo settore?
Il termine “nanotecnologia” viene utilizzato per indicare una branca della scienza che si occupa della progettazione, realizzazione e applicazione di dispositivi e sistemi che prevedano il controllo della forma e della dimensione della materia su scala nanometrica. I “nanomateriali” così ottenuti sono quindi microscopici ossia invisibili ad occhio nudo e possiedono delle proprietà diverse rispetto ai materiali di partenza essendo strettamente correlate al comportamento individuale di singole (o di poche) molecole o atomi. Questo è il motivo per cui è possibile modificare le loro caratteristiche in funzione dello scopo per cui vengono progettati, così come aveva intuito Richard Feynman, padre della bomba atomica e della fisica quantistica, che con la frase “there's plenty of room at the bottom” ossia “c'è moltissimo spazio in basso” introdusse i concetti alla base delle nanotecnologie. Il “basso” cui si riferiva il fisico statunitense è quello delle dimensioni submolecolari, dove il vuoto esistente tra i vari atomi che costituiscono la materia permette di realizzare “qualunque cosa”.
Difatti le nanotecnologie possono trovare applicazione nei settori più disparati e, ad oggi, è difficile dire quale ambito non sia stato interessato dalla “rivoluzione nanotecnologica”: dal campo medico a quello alimentare, dall'abbigliamento al settore dell’elettronica, della fotografia, queste strutture infinitamente piccole manipolate dall'uomo trovano spazio in tutti gli ambiti di mercato. Tra i nanomateriali ci sono le nanoparticelle d’argento che negli ultimi decenni hanno assunto un’importanza sempre maggiore in numerosi settori. Con il termine nanoparticella s'intende una particella che possiede una o più dimensioni comprese fra 1 e 100 nm, le cui proprietà variano in funzione delle loro caratteristiche fisico-chimiche quali forma e dimensione. Solitamente sono costituite da metalli nobili e/o ossidi metallici quali Ag, Au, Cu, CuO, TiO2, MgO [1] e possono essere prodotte con due metodi differenti: il metodo top-down e il metodo bottom up.
Tra le nanoparticelle metalliche ricordiamo quelle d’argento che è il metallo maggiormente utilizzato. Numerose sono le applicazioni di questi nanocompositi e in particolare oggi, in seguito al problema dell’antibiotico resistenza, si sta rivalutando molto anche la loro attività antimicrobica nota sin dai tempi antichissimi quando, prima ancora della scoperta degli antibiotici, l’argento e i suoi derivati (soprattutto il nitrato d’argento) venivano utilizzati come antisettico per la produzione di creme o unguenti per il trattamento di ustioni, ferite, fistole, ascessi, per la cura di malattie veneree e oculari, per la conservazione di vari tipi di cibo ecc. Vari studi hanno dimostrato che le nanoparticelle d’argento hanno uno spettro d’azione molto ampio, sono efficaci sia nei confronti dei batteri Gram positivi che Gram negativi [2], hanno proprietà fungicide e sono in grado di inibire l’azione di alcuni virus [3]. Al contrario, non presentano alcun effetto tossico o negativo nei confronti delle cellule umane o animali e hanno una scarsa propensione ad indurre resistenza microbica [4]. La loro attività battericida è dovuta ad una combinazione di più meccanismi d’azione, alcuni legati agli ioni argento rilasciati continuamente dalla particella, altri alla nanoparticella stessa [5] ed è fortemente influenzata dalla loro forma e dimensione.
È stato dimostrato infatti che nanocompositi d’argento di dimensioni comprese tra 1 nm e 10 nm hanno la maggior attività antibatterica. Questo poiché una particella di dimensioni inferiori penetra con più facilità all’interno della membrana cellulare dei batteri, e poiché al diminuire delle dimensioni della particella stessa aumenta la superficie di contatto con la cellula batterica e ciò porta ad un maggior rilascio di ioni argento. Anche la forma influenza l’attività antimicrobica di questi composti: si è visto che le nanoparticelle con forma di triangolo tronco presentano una maggiore efficacia rispetto a quelle sferiche o cilindriche. C’è una vasta gamma di settori in cui le nanoparticelle d’argento vengono utilizzate come antibatterico [6]: in campo medico, per la medicazione di ferite, per il rivestimento di attrezzature chirurgiche o in materiali tessili come biancheria, divise, mascherine ed altro; nel settore zootecnico, in cui possono essere aggiunte ai disinfettanti per le superfici, o utilizzate per la disinfezione dell’acqua, per le terapie antibiotiche del bestiame; nell’industria alimentare come rivestimenti di strumenti utilizzati per la produzione del cibo o di celle frigorifere e container, oppure all’interno dei materiali che costituiscono i packaging.
Dunque, queste soluzioni innovative potrebbero essere degli interessanti agenti biocidi da utilizzare nei confronti di ceppi microbici resistenti ai tradizionali antibiotici e antibatterici. Sembra infatti che esse siano in grado di eliminare i microrganismi resistenti causando anche un minor sviluppo di resistenze, probabilmente poiché hanno il vantaggio di agire su più target a differenza dei comuni antibiotici che presentano un solo meccanismo d’azione, verso il quale il ceppo batterico, col tempo, riesce a sviluppare una strategia di difesa. Tuttavia, affinché tale prospettiva possa divenire una reale applicazione finalizzata alla riduzione del problema dell’antibiotico resistenza, è necessario condurre degli studi più approfonditi (non solo in vitro ma anche “in situ”) sullo spettro d’azione di tali sostanze, sulla loro reale efficacia, nonché sulla loro capacità di inibire la crescita microbica in modo prolungato nel tempo.
Referenze:
[1] Rai, M., Ingle, A. P., Pandit, R., Paralikar, P., Gupta, I., Chaud, M. V., & Dos Santos, C. A. (2017). Broadening the spectrum of small-molecule antibacterials by metallic nanoparticles to overcome microbial resistance. International journal of pharmaceutics, 532(1), 139-148.
[2] Sondi, I., & Salopek-Sondi, B. (2004). Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E. coli as a model for Gram-negative bacteria. Journal of colloid and interface science, 275(1), 177-182.
[3] Elechiguerra, J. L., Burt, J. L., Morones, J. R., Camacho-Bragado, A., Gao, X., Lara, H. H., & Yacaman, M. J. (2005). Interaction of silver nanoparticles with HIV-1. Journal of nanobiotechnology, 3, 1-10.
[4] Kim, J. S., Kuk, E., Yu, K. N., Kim, J. H., Park, S. J., Lee, H. J., ... & Cho, M. H. (2007). Antimicrobial effects of silver nanoparticles. Nanomedicine: Nanotechnology, biology and medicine, 3(1), 95-101.
[5] Franci, G., Falanga, A., Galdiero, S., Palomba, L., Rai, M., Morelli, G., & Galdiero, M. (2015). Silver nanoparticles as potential antibacterial agents. Molecules, 20(5), 8856-8874.
[6] Deshmukh, S. P., Patil, S. M., Mullani, S. B., & Delekar, S. D. (2019). Silver nanoparticles as an effective disinfectant: A review. Materials Science and Engineering: C, 97, 954-965.
*Laureata in STPA, borsista Ispezione degli Alimenti
**Dirigente veterinario IZSM