Gli squali hanno ispirato una nuova generazione di dispositivi medici | Ethan Mann|

In questo affascinante talk il microbiologo Ethan Mann spiega come gli squali abbiano ispirato una soluzione salvavita alla resistenza antimicrobica.

Questo talk è stato tenuto ad un evento TEDx usando il formato della conferenza TED, ma organizzato indipendentemente da una comunità locale. Per saperne di più https://www.ted.com/tedx

La la flotta della marina americana
ha sempre avuto un problema frustrante.

È qualcosa chiamato "incrostazione".

Per tutti voi, gente non di mare,

incrostazione è quando alghe,
crostacei e altri materiali marini

rimangono attaccati ai lati
delle navi e dei sottomarini.

Si era soliti prevenire
questa incrostazione

ricoprendo navi e sottomarini
con agenti tossici come metalli pesanti,

ma questi metalli pesanti

non hanno l' efficacia del mantenere
le navi pulite come una volta.

E noi vogliamo navi pulite

poiché l'incrostazione su queste navi

le rende effettivamente
meno efficienti in acqua

e fa in modo che siano identificate
più facilmente dai nemici.

E non va bene.

Quindi, alcuni anni fa,
L'ufficio Statunitense di Ricerca Navale

chiamò un mio collega, lo scienziato
ingegnere Dr. Anthony Brennan,

per escogitare una soluzione
in modo da prevenire l'incrostazione

senza l'utilizzo dei metalli pesanti.

Il Dr. Brennan stava già investigando

come fenomeni quali
la ruvidezza della superficie

possano prevenire l'attaccatura
di organismi come le alghe.

Ma il Dr. Brennan era in difficoltà.

Tutte le superfici innovative
che inventava

venivano sopraffatte dalle alghe.

Poi Brennan si ritrovò
a una conferenza alle Hawaii,

fra tutti i luoghi possibili,

e notò qualcosa di davvero interessante.

Guardate questi tre animali:

un lamantino, una balena e uno squalo.

Che cosa notate?

Bene, esatto.

La balena e il lamantino sono luridi,

ma lo squalo è pulitissimo.

Si tratta di una caratteristica
unica di tutti gli squali

La prossima volta
che guarderete Shark Week,

noterete che ogni squalo che vedete

è immacolato.

(Risate)

Perché?

Brennan voleva scoprirlo,

e con l'aiuto
di alcuni laureati coraggiosi

si mise a cercare uno squalo.

(Risate)

Ne trovarono uno in acque basse

e con cura presero
un'impronta della sua pelle

usando un materiale
per le impronte dentali.

Non preoccupatevi.

Lo squalo non è stato ferito,
anche se sono sicuro

che non l'abbia apprezzato.

(Risate)

Gli studenti portarono lo stampo
in laboratorio e lo misero

sotto un microscopio.

E questo è ciò che apparve.

La pelle di squalo è composta
da piccoli dentelli

che si sovrappongono per creare
uno schema ripetitivo a forma di diamante

sulla pelle dello squalo.

Dopo ulteriori indagini,

Brennan e il suo team notarono
che la superficie di questi dentelli

era effettivamente responsabile
nel mantenere gli squali puliti.

Sono un microbiologo
esperto in malattie infettive

e trovo questa cosa affascinante.

Ho passato la mia carriera
a cercare di tenere le superfici pulite,

soprattutto le superfici
dei dispositivi medici.

Negli ospedali
questo è un problema enorme.

Ciò che succede è che i batteri,
che normalmente sono davvero buoni

si trovano in posti
in cui non dovrebbero stare

a causa di alcune procedure mediche.

A volte, durante o dopo un'operazione,

i batteri si attaccano alla superficie
di un dispositivo medico, rimangono lì

e causano una grave infezione;

e questo rende impossibile la guarigione.

Guardate questi fili chirurgici

usati per chiudere
lo sterno di un paziente

in seguito a un'operazione a cuore aperto.

Notate i piccoli ammassi
di batteri sulla superficie?

Questo paziente non è guarito per mesi

finché i fili non sono stati rimossi
e sostituiti con quelli puliti.

Sapete, si era soliti;

noi usavamo gli antibiotici
per curare questo tipo di infezioni.

Gli antibiotici sono stati
farmaci favolosi

per un po'.

Ma alla fine i batteri sono stati esposti
agli antibiotici così frequentemente

da essere costretti ad adattarsi.

E la sopravvivenza
è l'elemento chiave dell'evoluzione,

ed è ciò di cui stiamo parlando adesso:

l'evoluzione dei batteri.

Forse ne avete sentito parlare
nei notiziari.

Si chiama "Resistenza Antimicrobica".

I Centri USA per Controllo
e Prevenzione delle malattie

chiamano resistenza antimicrobica

una delle più grandi sfide
della salute pubblica dei nostri tempi.

Malattie che una volta
erano facilmente curabili

ora sono incurabili.

Solo negli Stati Uniti ogni anno,

più di 2 milioni di persone prendono
un'infezione antibiotico-resistente

e più di 23.000 persone moriranno
a causa di quella infezione.

L'industria farmaceutica

si sta affrettando a sviluppare
sempre più antimicrobici

tentando disperatamente di superare
la resistenza antimicrobica.

Ma batteri e germi

si evolvono molto più rapidamente
delle scoperte di nuovi modi di ucciderli.

È chiaro che l'era degli antimicrobici
stia giungendo alla fine,

quindi dobbiamo pensare
in maniera totalmente nuova.

Se invece di cercare di uccidere i batteri
dopo che hanno causato un'infezione,

come prima cosa rendessimo
più difficile ai batteri

attaccarsi alle superfici
dei dispositivi medici?

In altre parole,

preveniamo del tutto il verificarsi
di queste infezioni.

E ciò mi riporta a quanto
abbiamo imparato dagli squali.

È la struttura della pelle dello squalo
che li rende resistenti all'incrostazione.

E se cambiassimo la struttura
dei dispositivi medici

per renderli resistenti ai batteri
che causano così tanti problemi?

Il Dr Brennan sapeva di avere tra le mani
una grossa scoperta medica.

Chiamò alcuni amici fidati proprio qui
in Colorado, a Denver,

dove aprirono una società
che chiamarono Sharklet Technologies.

Nel 2013 entrai nel team

e insieme usammo superfici ingegnerizzate
imitando la pelle degli squali

per prevenire batteri
e altre complicanze mediche.

Il nostro primo dispositivo in commercio
è un catetere urologico,

che i medici hanno iniziato a usare
per i loro pazienti proprio l'anno scorso.

(Applausi)

Guardate queste immagini di esempio.

La superficie a sinistra è liscia

e quella sulla destra ha una struttura
come la pelle dello squalo

Notate quanti batteri ci sono
sulla superficie liscia,

rispetto alla superficie
simile alla pelle di squalo?

Questo perché la struttura
a pelle di squalo

crea una superficie inospitale
per attaccamento e crescita dei batteri.

Funziona sugli squali e funziona anche qui

perché la struttura sfrutta i principi
dell'energia di superficie.

L'energia di superficie

è la descrizione di una proprietà
specifica di una superficie.

Può includere l'interazione
con l'acqua o la rigidità del materiale.

La struttura ruvida
simile alla pelle di squalo

crea una superficie con una maggiore
energia di superficie.

Interagiamo di continuo con i cambiamenti
dell'energia di superficie,

ma spesso non lo notiamo.

Per esempio, ci piace la pioggia
che si imperla

e scivola via dalla nostra auto, giusto?

Bene, questo accade ancor meglio
con una bella mano di cera.

La cera è un materiale caratterizzato
da una maggiore energia di superficie.

Ora, non possiamo ricoprire
i dispositivi medici di cera,

ma possiamo cambiare
la struttura della loro superficie.

E questo approccio funziona
con tutti i tipi di dispositivi medici,

dai cateteri ai pacemaker

ed è efficace contro
tutti i tipi di batteri e di germi.

Come si è scoperto,

possiamo fare di più che soli
dispositivi medici a prova di batteri.

Possiamo prevenire
altre complicanze mediche

attraverso la comprensione del potere
dell'energia di superficie:

frequenti occlusioni,

eccessiva coagulazione del sangue

o lenta guarigione.

La prossima generazione
di superfici di dispositivi medici

ispirata alla pelle degli squali

espanderà il modo in cui produrre
i dispositivi medici.

In realtà, la questione principale

è che creiamo tutti i tipi
di dispositivi medici sofisticati

per pompare fluido nel nostro sangue,

mantenere i battiti
del nostro cuore a ritmo

o anche stimolare l'attività cerebrale,

ma accadono cose brutte

quando questi dispositivi
non interagiscono bene

con i meccanismi naturali
del nostro corpo.

Abbiamo scoperto

che possiamo migliorare
la tolleranza ai dispositivi medici

mettendo a punto le caratteristiche
dell'energia di superficie.

Per esempio, possiamo prevenire
l'eccessiva coagulazione

che sta accadendo qui,
sulla superficie liscia,

rispetto a quella simile
alla pelle di squalo.

Ciò significa che possiamo abbinare
l'energia di superficie richiesta

all'utilizzo medico

per prevenire complicanze,

tutto grazie al potere degli squali.

Concludendo, mentre continuiamo
a progettare superfici intelligenti,

avremo bisogno di meno antimicrobici,

meno sostanze chimiche
e meno additivi aggressivi,

e questo renderà
la tecnologia medica salvavita

più sicura da usare per tutti noi.

Certo, si tratta di innovazione
nella sua forma più pura.

Ma è anche un buon promemoria

di quanto sia importante
osservare gli indizi velati

nel mistero grezzo
del mondo che ci circonda.

Grazie.

(Applausi)