L'edizione di dicembre (N. 23) del Carnevale della Chimica sarà ospitato il 23 dicembre 2012 sul blog di Paolo Gifh, Il chimico impertinente, dal tema "La Chimica del Futuro" (o il futuro della chimica).
Le proprietà antimicrobiche delle superfici sono molto ricercate e desiderabili. Le superfici sono esposte allo sviluppo di biofilm di batteri, in inglese "fouling", quindi ottenere un effetto antifouling per prevenire l'intasamento di tubature sarebbe un risultato chimico notevole. Senza tralasciare le superfici a contatto con alimenti (fogli di polietilene per il packaging, superfici di acciaio nelle linee di produzione degli alimenti, lame di coltelli e utensili) e le superfici e i ferri delle sale operatorie, degli ambienti ospedalieri, in cui anche le matite e le penne possono essere veicolo di batteri antibiotico-resistenti).
A questo punto occorre individuare una molecola che abbia proprietà batteriostatiche, capire il meccanismo per cui riesce a bloccare o uccide i batteri, e fissarla su una superficie e su materiali di diversa composizione.
Lo spazzolino da denti, i fili di cotone e i tessuti sono già trattati chimicamente con ioni d'argento, che ha proprietà antibatteriche. Occorre ampliare questa gamma di prodotti chimici per rendere più sicuri materiali con cui si viene a contatto e in cucina e nell'ambiente (condizionatori d'aria, linee e condutture dell'acqua, ecc...).
Tra i polifenoli di origine naturale (vegetale), una molecola con interessanti attività antibatteriche è la curcumina, (diferuoylmetano) prodotta dalla radice della curcuma, (turmeric).
E' molto presente nella cucina indiana (nel curry), ed è usata in aggiunta a senape, nei preparati per minestre, e negli aromi come spezia. La proprietà della curcumina è di doppia natura, è una molecola lipofilica, per cui si solubilizza solo in emulsioni olio-acqua, ma per questo entra in contatto con la parete batterica e vi penetra all'interno, dove esercita la sua seconda proprietà, quella fotosensibilizzante, viene eccitata da fotoni a una lunghezza d'onda e emette a lunghezze maggiori, trasferisce energia che può causare danni alle strutture biologiche.
E' stato studiata e verificata l'attività battericida su batteri Gram negativi e Gram positivi, mentre è neutrale sui lieviti. sulle colture cellulari ha un effetto positivo, blocca le cellule cancerose ma promuove il differenziamento cellulare nelle cellule normali cooperando con fattori di trascrizione della famiglia dei recettori degli ormoni steroidei (come VDR, recettore della vitamina D).
Mentre nell'industria tessile l'applicazione sulle fibre di tessuto è stata realizzata facilmente, l'unico esempio di curcumina più idrosolubile è stato messo a punto da Bhawana et al. (J. Agr. Food Chem. 2011, 56:2056-61) mediante nano-strutturazione, riducendo la dimensione delle sue particelle.
Uno studio in progress ad opera di gruppi israeliani e US prevede la formazione di un legame covalente con il PDA, polidiacetilene. La strutturazione dei liposomi è realizzata grazie a una combinazione di curcumina, PDA/N-hydroxysuccinimide (PDA-NHS) e 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC, un emulsionante) in fase oleosa in acqua, e permette di creare una membrana protettiva sulla curcumina che si ritrova rivestita, e di avere la possibilità di fissare queste membrane su superfici di varia natura.
Il modello sperimentale usato è quello di biglie di materiale plastico rivestite di questi liposomi, usate come colonne di filtrazione per succhi di frutta. Si è visto che i liposomi a contatto con i batteri rilasciano la curcumina dentro i batteri, con un effetto tipo inchiostro della penna stilografica, iniettandone una certa quantità, fino ad esaurimento della biglia.
Un altro metodo per ottenere un composto chimico antibatterico potrebbe essere quello di attaccare alla curcumina una coda idrofila, che ne permette l'orientamento tipo gli acidi grassi e trigliceridi nelle membrane.
Nel futuro prossimo, avremo sempre più bisogno di superfici antibatteriche e batteriostatiche, a causa del passaggio delle resistenze agli antibiotici tra ceppi differenti.
bibliografia
Na, HS; Cha, MH; Oh,
DR; Cho, CW; Rhee, JH; Kim, YR (2011). "Protective mechanism of curcumin against
Vibrio vulnificus infection". FEMS immunology and medical microbiology
63 (3): 355–62
Rodov, V., Horev. B., Vinokur, Y., Beno-Mualem, D., Choudhary, R., Makwana, S., Haddock, J., Dogra, N., Kohli, P., and Droby, S. Antimicrobial and antioxidant activity of phenylpropanoids encapsulated in methylated β-cyclodextrin and in polydiacetylene nanovesicles. Abstract accepted for publication in the materials of FAV and Health -2012 conference, Dharwad, India, November 2012.
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