Negli ultimi anni, le infezioni sono diventate sempre più preoccupanti non solo per l'elevata frequenza ma soprattutto per la loro severità che è senz¿altro correlata al numero crescente di specie microbiche antibiotico-resistenti. Dato che questo fenomeno è correlato principalmente ad un eccessivo uso di antibiotici, la ricerca si sta indirizzando verso lo sviluppo di nuovi strumenti antimicrobici, alternativi agli antibiotici, che possano assicurare efficacia unita ad un basso rischio di sviluppo di microrganismi resistenti. A nostro avviso, per assicurare il successo di una terapia antimicrobica è necessaria una multifunzionalità del sistema (combinazione di più agenti antimicrobici) in cui almeno un agente antimicrobico sia poco incline a selezionare specie microbiche resistenti. Per confermare questa ipotesi, questo studio sarà focalizzato sulla preparazione e caratterizzazione di nanomateriali antimicrobici basati sulla combinazione di un polimero cationico intrinsecamente attivo (poliallilammina, PALA), potenzialmente non incline ad attivare meccanismi genici di antibiotico-resistenza, ed un agente antimicrobico (acido usnico, AU) non comunemente impiegato in terapia sistemica. Il vantaggio dell'impiego di nanoparticelle risiede nel loro elevato rapporto superficie/volume che favorisce l'interazione con le cellule microbiche.
Saranno, innanzitutto, preparate nanoparticelle di PALA tal quale e caratterizzate a livello dimensionale, morfologico e biologico. Successivamente, l'acido usnico sarà intrappolato in tali nanoparticelle e sarà valutata la cinetica di rilascio del farmaco. Infine, sarà valutata l'attività antimicrobica dei diversi sistemi su un microrganismo di riferimento, lo Staphylococcus epidermidis, che verrà trattato con le nanoparticelle PALA:AU sia in forma planktonica che come biofilm.
La ricerca si propone di realizzare nanomateriali polimerici antimicrobici e di investigarne la potenzialità nel trattamento di biofilm microbici. Attualmente, i nanomateriali antimicrobici più studiati sono quelli basati sul rilascio di antibiotici da nano/microparticelle polimeriche realizzate a partire da polimeri, come ad esempio poli(caprolattone), poli (lattide) e alginato, generalmente privi di attività biologica intrinseca. Questi sistemi hanno diversi potenziali vantaggi, quali la possibilità di migliorare l'indice terapeutico del farmaco, aumentare il tempo di circolazione e nell'insieme ottimizzare la farmacocinetica dell'antibiotico. Tuttavia, essi non rispondono alla necessità di sviluppare strumenti terapeutici che abbiano associato un basso rischio di sviluppo di antibiotico-resistenza. Infatti, in questi sistemi, l'azione antimicrobica è esercitata esclusivamente dall'antibiotico che, una volta rilasciato, può provocare nei microrganismi l'attivazione dei normali meccanismi di resistenza. Una sfida, quindi, che rimane ancora aperta è la possibilità di ottenere sistemi nanoparticellari multifunzionali in grado di veicolare più agenti terapeutici che possano in maniera concertata esplicare la propria azione sui microrganismi. Questa è considerata la strategia più vincente per ridurre il rischio di sviluppo di microrganismi antibiotico-resistenti.
La presente ricerca si inserisce in questo quadro e l'innovazione dello studio proposto risiede principalmente nella realizzazione di nanomateriali antimicrobici mediante la combinazione di un polimero cationico intrinsecamente attivo e di un farmaco antimicrobico non comunemente impiegato in terapia sistemica. A nostro avviso, questo approccio può permettere da un lato di trattare simultaneamente biofilm microbici con due agenti antibatterici e dall'altro di ridurre al minimo la possibilità di selezionare microrganismi resistenti. Infatti, se pure i microrganismi trattati riuscissero ad attivare dei meccanismi di resistenza nei confronti del farmaco impiagato, la presenza del polimero cationico assicurerebbe un¿azione del sistema anche sui microrganismi resistenti, grazie alla capacità del polimero di legarsi alla membrana cellulare destabilizzandola.
Un altro fattore innovativo dello studio va ricercato nel tipo di polimero cationico, la poliallilammina, e di farmaco, l'acido usnico, che si è scelto di impiegare. In particolare, la poliallilammina, a nostra conoscenza, non è stata mai impiegata come agente antimicrobico, né da sola né in combinazione con antibiotici. Infatti, il suo impiego, al momento, è stato confinato alla realizzazione di sistemi polielettrolitici per il rilascio di farmaci antiinfiammatori. Pertanto, l'uso della PALA nel settore delle infezioni è nuovo e permetterà un ampliamento delle conoscenze sia riguardo le sue intrinseche proprietà antimicrobiche che riguardo le sue potenzialità come carrier di antimicrobici. Per quanto riguardo il farmaco, ci siamo volutamente indirizzati verso un principio attivo diverso dai comuni antibiotici in quanto, mai come oggi, vi è la necessità di riservare l'uso di antibiotici, definiti "frontline", per il trattamento di condizioni infettive critiche. L'impiego di acido usnico permetterà, pertanto, di valutare se questo agente antimicrobico possa essere considerato come una valida alternativa per la realizzazione di formulazioni antimicrobiche.
In conclusione, anche sulla base dell'esperienza del proponente nel settore specifico, ci aspettiamo che il finanziamento di tale progetto possa contribuire all¿ampliamento delle conoscenze, in generale, nel settore dei biomateriali e, in particolare, nella realizzazione di formulazioni antimicrobiche nanostrutturate efficaci e poco inclini a selezionare microrganismi antibiotico-resistenti.