Copper3D sviluppa dispositivi stampati in 3D con la capacità di inattivare il virus HIV

Secondo l’ OMS, 37,9 milioni di persone in tutto il mondo vivevano con l’HIV alla fine del 2018, 8,1 milioni dei quali non sapevano di avere la malattia. Nel 2017, il numero di bambini e adolescenti che vivono con l’HIV ha raggiunto i 3 milioni, con 430.000 nuovi casi di infezione e 130.000 morti causati da problemi legati all’AIDS, secondo l’UNICEF. Nel 2018, 26.000 nuove infezioni da HIV tra i bambini di età compresa tra 0 e 14 anni sono state il risultato della sospensione del trattamento durante la gravidanza e dell’allattamento al seno (UNAIDS).

Il controllo di virus e batteri pericolosi con alti tassi di contagio è una sfida globale di molti scienziati e aziende in tutto il mondo che sviluppano soluzioni innovative con le ultime tecnologie disponibili.
Una delle tecnologie che promette di essere un’efficace contromisura nella lotta contro batteri e virus proviene dalla nanotecnologia del rame.

Copper3D è l’azienda leader mondiale nell’uso di additivi a base di nano-rame nel settore della stampa 3D. L’obiettivo dell’azienda è “hackerare” i materiali più comuni nel settore (PLA, TPU e PETG, tra gli altri) aggiungendo proprietà antimicrobiche ai polimeri e agli oggetti stampati in 3D.

“Comprendere il problema globale alla base delle statistiche sull’HIV e analizzare il ruolo che i nostri materiali antimicrobici potrebbero avere nel contenere la trasmissione del virus dell’HIV ci ha fatto pensare che potremmo sviluppare un qualche tipo di dispositivo che funga da interfaccia tra madre e figlio per prevenire la diffusione di questo virus attraverso l’allattamento al seno, che è una delle principali vie di infezione”, spiega il dott. Claudio Soto, direttore medico di Copper3D.

Con questa sfida in mente, il team Copper3D, i cui fondatori sono Andrés Acuña (CEO), Daniel Martínez (Direttore dell’innovazione) e Claudio Soto (Direttore medico), hanno iniziato a lavorare su un progetto che hanno chiamato Viral Inactivation System for a Breastmilk Shield per prevenire la trasmissione da madre a figlio dell’HIV, che ha portato a una domanda di brevetto presentata a marzo 2019.

Claudio Soto afferma riguardo al progetto: “L’idea iniziale si basa su alcuni dei pochi studi disponibili che stabiliscono che gli additivi e i filtri a base di rame possono inattivare il virus dell’HIV in una soluzione di latte materno, agendo specificamente contro la proteasi (essenziale per la replicazione virale) in cui gli ioni di rame degradano in modo non specifico la membrana plasmatica fosfolipidica del virus e denaturalizzano i suoi acidi nucleici. Tuttavia, diversi problemi come i livelli di tossicità, il degrado nutrizionale del latte, il tempo di inattivazione del virus o la dimensione/forma ottimale di questi filtri rimangono irrisolti”.

Con queste informazioni, il team ha iniziato a lavorare su un progetto con due linee di ricerca. Innanzitutto, per testare l’efficacia di inattivazione virale del materiale Copper3D PLACTIVE TM con campioni di latte materno infetto da HIV. In secondo luogo, progettare un oggetto che funga da interfaccia madre-figlio e ottimizzi l’inattivazione virale dell’HIV nel latte materno contaminato.

Il processo di laboratorio: PLACTIVE vs virus HIV

Il team Copper3D ha commissionato uno studio di laboratorio che ha cercato di convalidare la capacità di inattivazione virale dell’HIV del materiale PLACTIVE TM. Questo studio ha rispettato tutti i requisiti e i protocolli del comitato etico n. 31 del 14 agosto 2019, presso il Laboratorio di virologia, Ospedale Clínico Universidad de Chile. Si trattava di uno studio di prova del concetto, che utilizzava un protocollo di prova a campione diviso con un semplice gruppo di controllo cieco, randomizzato e positivo/negativo. Sono stati trattati venti sottocampioni di HIV-1 (sottotipo B, coltivato dal clone infettivo NL4-3, con co-recettore CXCR4).

I sottocampioni sono stati randomizzati in gruppi di controllo A e B. I campioni A e B sono stati randomizzati in una scatola stampata in 3D verde o blu con una superficie di 40 cm2 (rispettivamente con e senza l’additivo nano-rame). I campioni sono stati esposti per 15, 60, 120 e 900 secondi al dispositivo e sono stati tutti coltivati ​​utilizzando cellule reporter HIV-1 Jukat LTR-luciferase Cells (1G5) e sono state eseguite misure di coltura a 24, 48, 72 e 96 ore dopo il trattamento.

Daniel Martínez ha commentato: “I risultati preliminari hanno mostrato una riduzione della replicazione virale fino al 58,6% semplicemente esponendo i campioni alle scatole stampate in 3D contenenti nanoparticelle di rame. 15 secondi di esposizione sono stati sufficienti per ottenere una tale riduzione. Questi dati ci consentono di dedurre che aumentando la superficie di contatto di un fattore 10X, potremmo ottenere tassi di inattivazione molto più alti, molto vicini al 100% e secondo i nostri calcoli, molto probabilmente in meno di 5 secondi.

“Questi risultati sono coerenti con i tempi di riduzione ipotizzati proposti da Borkow. Per quanto ne sappiamo, questo è il primo saggio che mira a studiare l’inattivazione del virus dell’HIV utilizzando questo nuovo tipo di polimeri con nanotecnologia antimicrobica in rame in oggetti stampati in 3D”.

Questi risultati promettenti hanno portato il team Copper3D a pensare alla progettazione di un dispositivo che funge da interfaccia madre-figlio con una superficie estesa di contatto del latte contaminato dall’HIV con il materiale incorporato nel nano-rame durante l’allattamento. Qui entriamo nella seconda parte dello studio.

Il dispositivo di inattivazione virale

Il concetto di base qui è quello di fare affidamento sulla comprovata capacità antimicrobica dei materiali nano-rame di Copper3D per studiare l’impatto che hanno sull’inattivazione virale, in questo caso l’HIV, e su come diversi design e forme dei dispositivi stampati 3D possono aumentare esponenzialmente la superficie di contatto con il fluido (in questo caso il latte materno) e migliorare ulteriormente l’efficacia del materiale con nano-rame. L’idea era di espandere la superficie di contatto di un fattore di circa 10 volte, usando diversi strati e rugosità nel progetto, emulando ciò che si osserva nel tratto gastrointestinale.

Daniel Martínez ha affermato: “Come ogni progetto di innovazione, questo è un processo in continua evoluzione. Abbiamo imparato molto lungo la strada e continueremo a progettare, iterare, testare, convalidare e apprendere materiali e dispositivi antimicrobici in futuro. I risultati preliminari ottenuti nella prima fase della nostra indagine con inattivazione virale su materiali nano-compositi attivi/antimicrobici ci danno un grande impulso per continuare in quella linea di ricerca. Speriamo nei prossimi mesi di concludere la seconda fase di questo studio. Per questi scopi stiamo sviluppando un nuovo materiale antimicrobico flessibile basato su TPU (MDflex TM), con lo stesso additivo nanocopper di PLACTIVE TM, per testare con nuove iterazioni del design di questo dispositivo di inattivazione virale con superfici di contatto espanse che riteniamo saranno molto più efficaci, raggiungendo il 100% di inattivazione in meno di 5 secondi.

“Queste nuove intuizioni consentiranno lo sviluppo di una gamma completamente nuova di dispositivi e applicazioni mediche attive, con incredibili capacità di interagire con l’ambiente, eliminando batteri e virus pericolosi e proteggendo pazienti e utenti in tutto il mondo. Questa seconda e ultima fase dello studio* si concluderà nel secondo trimestre del 2020. ”

* I test di caratterizzazione meccanica del prototipo saranno eseguiti da collaboratori dell’Università del Nebraska a Omaha, Dipartimento di Biomeccanica. Jorge Zuniga, professore associato di Biomeccanica, afferma: “Copper3D ha nuovamente sconvolto il campo dei dispositivi medici creando questo dispositivo rivoluzionario che può avere un enorme impatto nel ridurre la trasmissione dell’HIV da madre a figlio. Il nostro laboratorio ha la fortuna di collaborare con Copper3D in un progetto così efficace”.

Il futuro dei materiali e dei dispositivi antimicrobici

Andrés Acuña, CEO di Copper3D, ritiene quanto segue per quanto riguarda il futuro dei materiali attivi e dei dispositivi medici:

“Il nostro scopo come azienda è sempre stato legato al fatto di avere un impatto globale attraverso l’innovazione nei materiali e nelle nanotecnologie. Questa linea di ricerca di dispositivi e applicazioni mediche attive/antimicrobiche che si apre con questi studi ci riempie di orgoglio come azienda. Crediamo di segnare un prima e un dopo nel settore e prendiamo questo onore con un grande senso di responsabilità. Continueremo sulla strada dell’innovazione applicata, pensando sempre di giocare un ruolo importante nelle sfide sanitarie globali più urgenti, dove i nostri materiali antimicrobici, i progetti 3D intelligenti, i rigorosi processi di validazione tecnica e le certificazioni di laboratorio, possono generare una nuova categoria di antimicrobici/dispositivi attivi che possono evitare le infezioni su scala globale e salvare milioni di vite”.