Prove in vitro di prove in silico

Non la miglior figura che abbia mai prodotto, ma che ci volete fare... A volte finisco anche io le idee.

Il contenuto di questo articolo però è interessante. Per anni abbiamo studiato le proprietà di un materiale ceramico, il nitruro di silicio (Si3N4), in particolare per quanto riguarda le sue potenziali applicazioni biomedicali. Si perché all'inizio si voleva utilizzarlo come materiale antiusura nelle protesi d'anca e di ginocchio, dato che è molto duro e resistente.

Il problema è che "molto duro" non è sufficiente, sul mercato c'è già qualcosa con proprietà superiori. Qualcosa di così incredibilmente robusto che ci sono stati si e no 20 casi di rottura in oltre 10 anni di applicazione. Non citerò il produttore, ma questo materiale "magico" è la "zirconia toughened alumina" traducibile come "allumina rinforzata con zirconia".

Ma stiamo divagando.

Avevamo per le mani questo materiale interessantissimo, già approvato per uso biomedicale ma che non era sufficientemente competitivo per gli utilizzi più estremi. Cosa potevamo farci?

Abbiamo pensato la cosa più banale del mondo. In natura la condizione più stabile per la maggior parte dei metalli è quella di ossido. Questo significa che anche il nostro bel nitruro non era un materiale completamente stabile e nel corso degli anni/secoli/millenni si sarebbe dovuto ossidare, trasformandosi in ossido di silicio, ovvero silica.

Nell'ossidarsi, in qualche modo avrebbe dovuto rilasciare quell'azoto, e l'azoto ha una serie di importanti funzioni biologiche.

Così abbiamo provato a fare dei test con varie linee di cellule e batteri, scoprendo così che stimola la proliferazione cellulare e allo stesso tempo danneggia batteri sia Gram positivi che Gram negativi. Non parliamo di effetti forti quanto quelli di un farmaco, ma con il vantaggio di essere molto prolungati nel tempo perché... Beh, è un po' come un sasso, se ne sta lì per tutto il tempo che serve e bene o male continua a rilasciare quel che rilascia.

Così ci abbiamo scritto... Troppo. Decisamente troppi articoli e con troppe speculazioni sopra. Una delle cose più difficili per noi da comprendere era appunto capire perché stimolasse le cellule e uccidesse i batteri in modo selettivo.

Così ho pensato di fare questo lavoretto interessante.

Ho preso dei rivestimenti molto molto sottili, depositati su di un bel vetro interte. Un rivestimento di Si3N4 normale, uno più ricco in N, uno più ricco in Si. E li ho testati con cellule delle ossa e batteri per capire quale fosse il ruolo dei due diversi atomi.

I risultati sono stati davvero interessanti: l'N stimola inizialmente la proliferazione sia di cellule che di batteri, ma poi finisce per causarne la morte quando il rilascio è troppo per essere gestito. Questo per i batteri accade prima per via della loro struttura più... Semplice, diciamo.

Il silicio però svolge a sua volta un ruolo fondamentale, stimolando la produzione di osso da parte delle cellule e quindi aiutando la rigenerazione dei tessuti.

Mistero risolto, il nitruro di silicio funziona bene perché composto da due elementi che a loro volta hanno una precisa funzione biologica e che riescono ad interagire con l'ambiente circostante.

Il lavoro a questo link: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2468519420301646

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