CHANCE

Calcium pHosphates mAterials with Nature inspired baCtEricidal surface: towards a non-antibiotic approach to treat bone infection

Responsabile: Michele Iafisco

Data di inizio: 28/09/2023
Durata: 24 mesi
Finanziamento totale: 197.603,00 €
Bando/Action: PRIN: PROGETTI DI RICERCA DI RILEVANTE INTERESSE NAZIONALE – Bando 2022
Ruolo CNR-ISSMC: Coordinatore
Coordinatore: Michele Iafisco (CNR-ISSMC)
Consorzio: Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-ISSMC e CNR-SCITEC); Università Cattolica del Sacro Cuore

Le infezioni batteriche delle ossa (osteomielite) rappresentano oggi uno dei problemi più gravi della chirurgia ortopedica. L’osteomielite viene solitamente trattata mediante rimozione chirurgica dell’osso infetto seguita da una massiccia somministrazione endovenosa di antibiotici ad ampio spettro. Sfortunatamente, l’efficacia di questa terapia è bassa ed è aggravata dalla comparsa di batteri resistenti agli antibiotici. Questa questione richiede alternative urgenti per combattere l’infezione ossea che non siano basate sugli antibiotici. La scoperta delle proprietà battericide di alcune topografie superficiali naturali ha aperto una nuova strada di ricerca, enfatizzando il concetto di materiali bio-istruttivi. Questo effetto è governato da caratteristiche geometriche della superficie a livello nanometrico, che hanno la capacità di rompere meccanicamente la membrana dei batteri al contatto. Sono stati fatti grandi sforzi per trasferire questa proprietà ai materiali sintetici. Tuttavia, nonostante i progressi compiuti, ci sono ancora molte domande senza risposta e le nano-topografie biocide sono state prodotte solo su substrati inerti e non bioattivi. Infatti, nel caso dell’osteomielite l’approccio terapeutico prevede non solo l’eradicazione dell’infezione, ma contemporaneamente la rigenerazione dell’osso distrutto utilizzando materiali da innesto. CHANCE mira ad affrontare tutte queste sfide generando superfici nanostrutturate con proporzioni elevate che possono uccidere i batteri tramite contatto con fosfato di calcio sintetico bioattivo e osteoinduttivo che rappresenta il miglior biomateriale come sostituto dell’innesto osseo. Ciò sarà ottenuto mediante un controllo accurato della nano-topografia, utilizzando un nuovo approccio dal basso verso l’alto ispirato ai percorsi di biomineralizzazione, sfruttando l’influenza delle molecole organiche e degli ioni per guidare la nucleazione dei cristalli e la crescita dei materiali inorganici. Inoltre, CHANCE mira a potenziare ulteriormente l’effetto biocida dei materiali attraverso la funzionalizzazione della superficie con peptidi antimicrobici. In questo modo un meccanismo antimicrobico biochimico si sovrapporrà all’azione antimicrobica meccanica della topografia superficiale. I peptidi antimicrobici sono prodotti in tutti i tipi di organismi come componenti del sistema immunitario innato. Hanno un ampio spettro d’azione e, a differenza dei farmaci antibiotici, agiscono con meccanismi diversi contro i quali i batteri difficilmente sviluppano resistenza. Infine, miriamo anche a migliorare le nostre conoscenze sui meccanismi molecolari delle interazioni batteri-superficie attraverso la valutazione completa della firma proteomica e genomica dei patogeni in contatto con le superfici biocide.
Il successo del nostro approccio aprirà la strada allo sviluppo di dispositivi più efficienti che siano contemporaneamente bioattivi e battericidi. CHANCE è multidisciplinare e 2 unità di ricerca (Consiglio Nazionale delle Ricerche e Università Cattolica del Sacro Cuore) con competenze diverse e complementari tra cui chimica, scienze dei materiali, microbiologia, biologia cellulare e biochimica, sono coinvolte per il raggiungimento dell’obiettivo generale.