I. PANORAMICA STORICA DELL’ARGENTO MEDICINALE E SUO RAPPORTO CON LE LESIONI
L’argento è stato usato per secoli per prevenire e trattare una varietà di malattie, soprattutto le infezioni. E’ documentato che le monete d’argento venivano usate nell’antica Grecia e a Roma come disinfettante per l’acqua immagazzinata e per altri liquidi.(1,2) Venendo ad oggi, la NASA usa ancora l’argento per preservare la purezza dell’acqua nello Space Shuttle.

L’argento ha proprietà antimicrobiche molto potenti, dal momento che basta la presenza di una parte su 100 milioni di argento elementare in soluzione per avere un’efficace azione antimicrobica. E’ risaputo che ioni o radicali liberi dell’argento sono un agente antimicrobico attivo. Per ottenere un effetto battericida, gli ioni argento devono essere disponibili in soluzione sulla superficie batterica. L’efficacia dipende dalla concentrazione in acqua di questi ioni. Gli ioni argento sembrano distruggere i microrganismi all’istante, bloccando il sistema respiratorio enzimatico (cioè la produzione di energia), e alterando il DNA microbico e la parete cellulare, mentre non hanno effetti tossici sulle cellule umane in vivo. L’argento in soluzione è stato usato per quasi un secolo come antimicrobico nella gestione di lesioni. Tuttavia, l’argento cristallino è insolubile in acqua e in acidi diluiti, rendendo quindi la concentrazione di argento cationico disponibile insufficiente per il suo uso come antimicrobico sulla superficie di lesioni.

A partire dagli anni ’20, una piccola carica elettrica veniva fatta passare attraverso l’acqua e i cristalli d’argento in modo da ottenere un’efficace soluzione (elettro-colloidale) di ioni argento da usare localmente su lesioni. Però gli ioni argento in soluzione sono piuttosto instabili. Le soluzioni di argento elettricamente cariche (elettro-colloidali) furono approvate negli anni ’20 dalla Food and Drug Administration come agente antibatterico.(3) Alcuni centri che trattano lesioni fanno ancora uso di queste soluzioni.

Inoltre, alle sue riconosciute proprietà antibatteriche, si aggiunge l’osservazione che, partendo dall’argento elementare elettro-colloidale, le soluzioni d’argento migliorano la guarigione di “lesioni pigre” (di difficile risoluzione) e “rigenerano il tessuto danneggiato”. La descrizione di un minor arrossamento infiammatorio delle lesioni dimostra inoltre la proprietà antiinfiammatoria dell’argento. Studi più recenti hanno fornito almeno un’ ipotesi riguardo ai meccanismi d’azione dell’argento che favoriscono la guarigione e gli effetti antiinfiammatori.

I primi scritti sull’argomento ci informano sull’uso che si fece dell’argento puro, soprattutto nella forma elettro-colloidale, prima degli anni ’40 quando era ancora usato in questa forma. Dopo il 1940 prevalse una miriade di antibiotici sistemici, limitando l’argento al solo uso come agente locale. Durante questa transizione, l’argento veniva reso complesso come sale (es. nitrato di argento e sulfadiazina d’argento) o sotto forma di altri composti (es. la proteina dell’argento) in modo da aumentare la concentrazione di ioni argento disponibili. Questo argento complesso resta un agente antimicrobico locale molto apprezzato per la cura delle lesioni cutanee.

E’ ritenuto che l’argento stesso non sia tossico per le cellule umane in vivo. L’unica complicazione registrata è l’argirosi, l’anomalia estetica causata dalla precipitazione dei sali d’argento nella pelle che risulta di un colore blu-grigio.(2) Benchè non sia stato ancora definito, restano delle preoccupazioni circa l’effetto di alti livelli tissutali di argento che alterano la funzione enzimatica. Il dott. Carl Moyer(4) introdusse nel 1965 l’uso di una soluzione di nitrato d’argento allo 0,5% nella gestione di ustioni. Il nitrato d’argento era un composto più stabile e sostituì l’argento colloidale. Nello stesso periodo, il dott. Charles Fox(5) creò un nuovo composto d’argento per le ustioni, la sulfadiazina d’argento.(4) La sulfadiazina è composta di propandiolo, alcool stearilico e alcool isopropilico. Questo composto venne formulato come crema idrosolubile da applicare una o due volte al giorno alla superficie di una lesione sostituendo il bagno prolungato in nitrato d’argento necessario per assicurare una continua emissione del metallo. Negli ultimi 40 anni la sulfadiazina d’argento è diventata il più apprezzato sistema di emissione dell’argento antimicrobico.(4-7) Però sia il nitrato sia la sulfadiazina danneggiano la proliferazione epiteliale e dei fibroblasti, pregiudicando quindi la guarigione.(8)

PROPRIETÀ BIOLOGICHE DELL’ARGENTO
Alcune proprietà biologiche identificate nell’applicazione locale dell’argento sono: 1-10
. l’attività antibatterica;
. l’attività anti-fungina;
. I’induzione di apoptosi;
. la stimolazione della rigenerazione cutanea;
. la diminuzione dello zinco presente nella superficie delle lesioni;
. la diminuzione di idrogenosolfuro derivati;
. la diminuzione di un eccesso di matrici metalloproteinasici (MMP) nella ferita; (attività metalloproteinasica);
e,
. l’attività antipruritica.

Benchè l’argento colloidale venga ancora usato, erano necessari i progressi nel campo della nanotecnologia perché una nuova forma d’argento diventasse disponibile per uso nei sistemi biologici.(11)

Il meccanismo dietro il calo dell’attività MMP resta ancora sconosciuto, come pure la diminuzione dello zinco nella superficie delle lesioni, un co-fattore necessario per l’attività MMP.9 I progressi nel campo della nanotecnologia hanno fornito una nuova forma di argento disponibile per l’uso nei sistemi biologici (6) Con l’attuale disponibilità di argento nanocristallino è probabile che si individui un elevato numero di effetti biologici dell’argento.

LA NANOTECNOLOGIA
La proprietà della materia dipende dalla sua dimensione e molte caratteristiche fisico-chimiche variano in modo significativo quando la materia viene ridotta di dimensioni.11,12 La nanotecnologia è un termine generico che si riferisce ad una frontiera scientifica relativamente nuova. Il prefisso “nano” significa un miliardesimo. Quindi, un nanometro è un miliardesimo di un metro, un nanogrammo è un miliardesimo di un grammo. Dieci atomi di idrogeno posti in serie misurano un nanometro di lunghezza. I cristalli d’argento spruzzati in condizioni normali, in cui il vapore si deposita sulla superficie, sono strettamente aggregati fra di loro e presentano un diametro di 100-900nm (Figura 1). Riducendo il volume dei cristalli mediante la nanotecnologia si aumenta in modo significativo l’area della superficie esposta del cristallo (Figura 2), aumentando quindi la superficie disponibile perché le reazioni chimiche avvengano in un periodo di tempo ridotto.

La riduzione della dimensione delle particelle in genere cambierà anche le proprietà fisico-chimiche del materiale. Le variazioni di proprietà in metalli ridotti a dimensioni nanometriche comprendono un’aumentata superconduttività ed un aumento delle proprietà ottiche ed elettriche. La riduzione a dimensioni nanometriche può anche portare ad un uso più economico di materiali costosi, cioè si può usare meno materiale perché le reazioni sono più efficienti.

Benchè non sia stato ancora definito in modo specifico, è chiaro che alcune delle proprietà dell’argento in un nanocristallo sono molto diverse da quelle del cristallo tipico.11-15 Una gran parte di argento è disponibile sotto forma di granuli o di limiti interfasici, ritenuti da alcuni una nuova forma di materia. L’orientamento nei legami varia molto per l’argento. Inoltre una parte di argento sembra essere in forma ossidata. Aumentando la varietà delle specie di argento ossidato si dovrebbe aumentare la solubilità, portando ad una maggior reattività totale.

Il film di argento nanocristallino antimicrobico in riferimento viene prodotto mediante un processo magnetron di spruzzo per cui gli atomi di argento vengono stratificati atomo per atomo alla presenza di tracce di ossigeno. Il processo risulta in uno stato energizzato molto superiore in quanto c’è un grande numero di difetti nel reticolo cristallino. Queste anomalie com prendono sia i difetti puntiformi (es. atomi mancanti, fuori posto o estranei) sia i difetti lineari (es. limiti granulari, limiti subgranulari, gemelli, ecc.). Lo spessore dello strato di argento antimicrobico è di circa un micron. Lo strato viene attivato per liberare grappoli di Ag0, cationi di argento e radicali d’argento che possono avere una carica complessiva positiva o negativa in presenza di acqua, compresa quella della superficie della lesione.

Il sistema di emissione di argento nanocristallino attualmente in uso presenta la seguente composizione: ci sono due maglie di polietilene ad alta densità rivestite di argento fra cui c’è uno strato di rayon/poliestere usato soprattutto come strato assorbente per gli essudati della ferita. Questa struttura permette un’emissione di argento superiore ai livelli antimicrobici per vari giorni rispetto ai minuti o alle ore osservate con i sali e complessi d’argento.13,14

Il rivestimento di nanocristalli contiene 0.84-1.34 mg di argento/cm2 di medicazione, è resistente all’abrasione, non aderisce alla ferita ed è flessibile.

Membrana normale rivestita d’argento
Quando l’argento viene spruzzato in condizioni tipiche di deposizione fisica del vapore, il film risultante è molto denso, quasi privo di pori, limitando quindi l’accesso all’acqua e il rilascio di argento. I cristalli sono lisci e i confini del cristallo sono il carattere predominante. La dimensione dei cristalli varia da 100nm a oltre 900nm, con una dimensione media di circa 250nm. La struttura del rivestimento per l’emissione di argento antimicrobico risulta evidente alla MES. Il processo fisico di deposizione del vapore crea un materiale molto poroso che consiste in nanocristalli equiassiali, i quali permettono una rapida esposizione all’acqua e la conseguente emissione di argento. Questi cristalli sono generalmente organizzati come grappoli in una struttura a colonne. I cristalli variano in dimensioni da circa 10 nm a 22 nm con una dimensione media di 15 nm e rilasciano rapidamente l’argento sotto forma di ioni, radicali e grappoli quando vengono esposti all’acqua.13,14

IV. LE PROPRIETÀ BIOLOGICHE DELL’ARGENTO NANOCRISTALLINO RISPETTO AD ALTRI PRODOTTI CONTENENTI ARGENTO

a) Proprietà antimicrobiche (3,4,16,17)
Come si può notare dalla Tabella 3 la concentrazione acquosa di ioni argento liberati dal film nanocristallino è circa il 3% di quella rilasciata da un nitrato d’argento allo 0,5% o da una crema alla sulfadiazina d’argento all’1%. Tuttavia, le proprietà biologiche dell’argento liberato dai nanocristalli sono molto superiori. La letteratura scientifica segnala una resistenza all’argento che si può creare in due modi: o l’argento è legato alla parete cellulare e alle membrane o viene trasportato attivamente fuori dalla cellula. Gli organismi batterici che presentano uno di questi meccanismi di resistenza, che sono efficaci fino a 1000 µg/mL Ag+, sono stati testati con la medicazione rivestita di argento nanocristallino. Questi test dimostrarono che tali organismi erano sensibili all’argento liberato dalla medicazione, ma non al Ag+ derivato dal nitrato d’argento. Queste conclusioni, come verrà descritto in seguito, suggeriscono in modo decisivo che i nanocristalli rilasciano anche altre specie di argento oltre a Ag+. La minor quantità di Ag+ liberata dovrebbe anche diminuire la potenziale tossicità dell’argento per le cellule, se esiste, con un margine significativo quando viene paragonato ad altri agenti dell’argento. In un altro studio l’argento nanocristallino venne estratto dal sistema di argento nanocristallino, incubando la medicazione in acqua organicamente pura a 37°C in un incubatore vibrante, e le concentrazioni dell’argento vennero misurate usando la spettrofotometria ad assorbimento atomico. La concentrazione minima inibente (CMI) e la concentrazione minima battericida (CMB) furono determinate usando cinque isolati batterici di interesse clinico, e i risultati furono paragonati per l’argento nanocristallino, nitrato d’argento e sulfadiazina d’argento, basandosi sull’argento totale come dimostrato dalla Tabella 4. L’argento nanocristallino presentava valori CMI e CMB simili quando fu messo a confronto con tre agenti contenenti argento. La cinetica della distruzione fu pure studiata usando pezzi di medicazione di 2.0 cm x 2.0 cm e medicazioni della stessa dimensione impregnate con nitrato d’argento (100µl di soluzione all’1% – questo risulta in una concentrazione finale di 0,5% di nitrato d’argento) o sulfadiazina d’argento (370mg di una crema all’1%). La sopravvivenza batterica fu misurata con la tecnica del conteggio in piastra. L’argento cristallino dimostrò i tempi di distruzione più veloci per i cinque batteri usati. Nella maggior parte dei casi trattati con l’argento nanocristallino, la sopravvivenza batterica non era rilevabile 30 minuti dopo l’inoculazione, mentre passarono almeno 2-4 ore prima di rilevare l’assenza di cellule vive nelle piastre contenenti nitrato d’argento e sulfadiazina d’argento. Queste conclusioni evidenziano il fatto che il film nanocristallino rilascia altre specie di argento oltre ad Ag+ e queste presentano proprietà antimicrobiche più potenti. Nell’uso praticato fino ad oggi, il sistema dell’argento nanocristallino distrugge tutti i microbi trovati in una lesione compresi i funghi e tutti gli attuali ceppi antibiotico-resistenti conosciuti, compreso l’enterococco (VRE) vancomicina resistente e lo Staphylococcus aureus (MRSA) resistente alla meticillina.18

b) Proprietà che favoriscono la guarigione
Benchè sia stato segnalato agli inizi del XX secolo che l’argento sotto forma elettro-colloidale migliora la guarigione di ferite “pigre”, questo metodo fu sostituito dall’uso di sali e composti d’argento. Di recente sono stati segnalati molti studi che rilevano un aumentato livello di riepitelizzazione in lesioni di medio spessore con l’argento in forma nanocristallina. Il meccanismo, benché tuttora sconosciuto, non sembra essere dovuto all’azione antimicrobica dell’argento.5,19,21

c) Proprietà antiinfiammatorie
L’aumentata infiammazione delle lesioni non solo accentua il dolore ma ostacola la guarigione in modo marcato. E’ stato segnalato che molti metalli pesanti riducono l’infiammazione superficiale: il più noto di questi è l’oro. E’ stato inoltre rilevato che l’infiammazione della superficie delle lesioni diminuisce con l’uso di argento nanocristallino. Si sa che un eccesso delle MMP aumenta sia l’infiammazione sia l’essudato di cellule infiammatorie, portando ad una ferita cronica che non guarisce. Questo tipo di ferite è caratterizzato da un’eccessiva attività delle MMP di superficie, da una ridotta attività MMP inibitoria e dal degrado dei fattori di crescita ad opera delle MMP.9,2,23 E’ stato dimostrato sia in vitro che in vivo che l’argento nanocristallino diminuisce ma non previene l’attività delle MMP dal momento che una certa attività di questo tipo è necessaria per rimuovere il tessuto devitalizzato. Il meccanismo di quest’azione rimane sconosciuto. La riduzione dello zinco necessario per l’attività delle MMP resta una possibilità, mentre l’altra è l’effetto sulla manifestazione o il rilascio di citochine proinfiammatorie. V.

CONSIDERAZIONI TEORICHE
Studi biologici suggeriscono che rivestimenti in argento nanostrutturato devono liberare frazioni attive di argento che non siano Ag+. L’evidenza comprende: un maggior grado di distruzione di batteri e funghi che può richiedere una quantità di argento trenta volte inferiore ai tradizionali sali d’argento come AgNO3 e la sulfadiazina d’argento; la modulazione delle MMP; la modulazione di TNF-a; una migliorata rigenerazione cutanea; la diminuita produzione di essudato; l’induzione dell’apoptosi. Non si comprendono i meccanismi d’azione di queste reazioni ma ci sono prove che indicano quali possano essere. E’ stato stabilito che il processo di dissoluzione produce almeno due entità chimiche. Gli Ag+ sono stati osservati sia da una specifica analisi con elettrodi ione selettivi sia mediante l’analisi elettrochimica quale la microscopia elettrochimica a scansione (SECM). L’Ag0 è stato osservato mediante tecniche SECM15. Un maggior stato di ossidazione nei rivestimenti spruzzati è stato osservato anche mediante la voltammetria ciclica (R. Burrell Pers. Comm). E’ anche risaputo che complessi di ossido di argento reagiscono con l’acqua producendo varie specie di idrossido di argento. Si ipotizza che la superficie altamente attiva dell’argento nanocristallino con l’argento presente in vari stadi di ossidazione potrebbe produrre insoliti composti metastabili di idrossido di argento. Si crede che una serie di anioni complessi metastabili di idrossido di argento potrebbe essere prodotta sulla superficie dei cristalli. Gli idrossidi complessi sarebbero metastabili e quindi avrebbero la capacità di migrare nell’ambiente circostante, interagendo con esso. La veloce distruzione di batteri e funghi è indice di una rapida via di assorbimento dell’argento derivante dalla sua forma nanocristallina. Essendo risaputo che l’assorbimento dell’ortofosfato è molto rapido, si ipotizza che altri ossidi di metalli aventi una simile configurazione possano essere assorbiti per errore. Quindi, se nessuna delle specie chimiche prodotte comprende complessi di idrossido di argento aventi la formula generale Agx(OH)y (carica = x-y), allora risulta concepibile che l’assorbimento può avvenire per la via dell’ortofosfato. Questo scenario spiegherebbe la rapida assunzione dell’argento e la distruzione dei microrganismi come pure la sensibilità dimostrata da organismi resistenti all’argento. La presenza di Ag0 indica che ci sono pure dei grappoli, dal momento che non è possibile che un semplice atomo qual’è Ag0 possa esistere da solo. Questi grappoli possono esistere come entità cariche o non cariche, ma la loro attività biologica resta ancora sconosciuta. E’ risaputo che altri metalli pesanti come Au e Pt hanno proprietà biologiche uniche comprese l’attività antiinfiammatoria e l’induzione dell’apoptosi (possibile attività anti-tumorale?). Dal momento che queste attività non sono state osservate negli Ag+ in passato, ma sono state rilevate nei prodotti di dissoluzione dell’argento nanocristallino, si ipotizza che sia l’altra specie liberata, compreso Ag0, la responsabile parziale o totale delle proprietà biologiche insolite.

VI. SINTESI
L’argento nanocristallino ottenuto mediante la nanotecnologia è un agente antimicrobico topico di grande efficacia che in confronto ad altri agenti antimicrobici dell’argento non solo presenta una più rapida emissione del catione argento sulla superficie della lesione, ma probabilmente libera anche altre specie d’argento. Inoltre, l’argento nanocristallino sembra avere degli effetti biologici complessivamente positivi sull’infiammazione delle lesioni, sulla guarigione e probabilmente su una moltitudine di reazioni non ancora identificate. I dati attualmente disponibili sono solo una minima parte dei potenziali benefici insiti nell’argento nanocristallino.

Robert H. Demling,
Dottore in Medicina; Professore di Chirurgia, Harvard Medical School; Direttore Centro Ustioni, Brigham & Women’s Hospital Boston, MA 02115

Robert E. Burrell
Ph.D. Westaim Corporation Fort Saskatchewan Alberta, Canada T8L 3W4

Tradotto da interpres sas