Una ricerca condotta da Roberto Rusconi, responsabile dell’Unità di Fisica Applicata, Biofisica e Microfluidica presso l’Irccs Istituto Clinico Humanitas e professore associato di Fisica per le Scienze della Vita, l’Ambiente e i Beni Culturali all’Humanitas University, e da Luca Pellegrino, ricercatore post dottorato nello stesso laboratorio, mostra come la geometria delle superfici possa effettivamente essere sfruttata per ostacolare l’adesione batterica.
Fino a oggi, l’ipotesi prevalente era che la formazione di biofilm e le infezioni associate ai dispositivi medici dipendessero principalmente dalla chimica dei materiali o dall’uso di rivestimenti antimicrobici: i dati emersi nello studio aggiungono la geometria microscopica delle superfici alle caratteristiche da sfruttare per evitare la colonizzazione batterica.
La ricerca
La formazione di biofilm su cateteri e altri impianti a contatto con un flusso continuo di fluidi corporei è una delle principali cause di infezioni persistenti, spesso resistenti agli antibiotici, e complicanze cliniche. Per affrontare questo problema, i ricercatori hanno adottato un approccio diverso puntando su una strategia puramente fisica e non chimica.
L’ispirazione è venuta dall’osservazione del mondo naturale: libellule e squali hanno superfici antiaderenti grazie al modo in cui sono modellate, non a particolari sostanze chimiche.
In particolare, gli squali hanno una pelle con minuscole scanalature larghe pochi micrometri che riducono l’accumulo di batteri facilitando il loro distacco grazie al flusso dei fluidi; le libellule possiedono superfici ricoperte da piccolissimi ‘pilastrini’ che possono perfino danneggiare fisicamente i batteri. Entrambe le geometrie aiutano a limitare il biofouling, cioè l’adesione e l’accumulo di microrganismi sulle superfici.
«Se una superficie non offre un appoggio stabile, i batteri vengono trascinati via dal flusso di acqua, urina o altri fluidi corporei in cui i dispositivi sono immersi, prima di riuscire a colonizzarla – spiega Roberto Rusconi -. Abbiamo scoperto che la geometria può fare una grande differenza. Rughe e pieghe microscopiche, attentamente studiate, creano una sorta di barriera meccanica che impedisce ai batteri di agganciarsi. Per fare un’analogia, come una persona che cerca di restare in piedi su un tetto curvo mentre soffia un vento forte, i batteri sulle superfici rugose vengono continuamente spinti e sollevati dal flusso. Le curvature impediscono loro di stabilizzarsi, rendendo molto difficile l’adesione e la formazione di biofilm. È un meccanismo completamente fisico, basato sulla dinamica del fluido e sul comportamento dei microrganismi».
I risultati sulle superfici con increspature
Utilizzando il PDMS, un polimero siliconico simile al materiale impiegato in molti dispositivi medici, il team ha creato superfici con microscopiche increspature, generate tramite stiramento meccanico controllato e trattamenti superficiali. Queste strutture si formano spontaneamente attraverso un fenomeno fisico chiamato instabilità da buckling.
I risultati hanno mostrato che alcune configurazioni di pieghe riducono l’adesione batterica di oltre il 90% e ostacolano la formazione di biofilm, in particolare con “rughe” di circa cinque micrometri.
Mantenendo costante la chimica delle superfici, i ricercatori hanno confermato che l’effetto osservato è dovuto esclusivamente alla loro geometria. «Nel loro insieme, questi dati indicano una strategia promettente e priva di farmaci per progettare dispositivi medici più sicuri – spiega Luca Pellegrino -. Questa scoperta apre la strada a nuovi design di cateteri, stent e impianti in grado di ridurre drasticamente il rischio di infezioni, evitando fenomeni di resistenza agli antibiotici».
Successivamente, le superfici necessitavano di un’osservazione più approfondita, per questo motivo sono intervenuti dapprima Francesco Mantegazza, dell’Università degli Studi di Milano Bicocca, per le iniziali misurazioni con Microscopia a Forza Atomica, e, successivamente, il neo-nato Laboratorio CLEM di Humanitas University, guidato da Edoardo D’Imprima.
Studio
Pellegrino, L., Savorana, G., Cassina, V. et al. Reduction of bacterial colonization on buckling-induced wrinkled surfaces under fluid shear. Nat Commun 17, 1324 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-025-68078-5
