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Le ulcere del piede diabetico guariscono rapidamente con la tecnologia dell’ossido nitrico

La tecnologia di rilascio di ossido nitrico potrebbe aiutare a ridurre il tempo di rimarginazione delle ulcere del piede diabetico difficili da guarire. 

Le ulcere del piede diabetico possono richiedere fino a 150 giorni per guarire. Un team di ingegneri biomedici vuole ridurlo a 21 giorni.

Stanno progettando di abbandonare il tempo di guarigione amplificando ciò che il corpo già fa naturalmente: costruire strati di nuovo tessuto pompato dall’ossido nitrico. Nei pazienti diabetici, la ridotta produzione di ossido nitrico riduce il potere curativo delle cellule della pelle e il Centers for Disease Control riferisce che il 15% degli americani che vivono con diabete di tipo 2 lotta con ulcere del piede difficili da guarire. Tuttavia, il semplice pompaggio dell’ossido nitrico non è necessariamente migliore. Il piano a lungo termine dei ricercatori della Michigan Technological University è di creare bendaggi infusi con ossido nitrico che regolino il rilascio chimico in base alle condizioni della cellula.

Per fare ciò, i ricercatori devono prima capire cosa sta succedendo con l’ossido nitrico nelle cellule della pelle. La valutazione dell’ossido nitrico in condizioni normali e diabetiche nelle cellule di fibroblasti dermici umani è al centro dell’ultimo lavoro del team, pubblicato questa settimana in Medical Science.

Megan Frost è il presidente ad interim del Dipartimento di Kinesiologia e Fisiologia Integrativa, nonché professore associato di ingegneria biomedica e professore associato di scienza dei materiali e ingegneria. Gestisce un laboratorio di biomateriali polimerici presso la Michigan Tech, dove lavora sulla tecnologia di rilascio di ossido nitrico.

“L’ossido nitrico è una potente sostanza chimica curativa, ma non è pensato per essere pesante”, dice Frost. “Stiamo esaminando i profili delle cellule sane e diabetiche per trovare un modo più sfumato volto a recuperare la funzione della ferita”.

L’ossido nitrico è una sostanza chimica prodotta naturalmente dall’organismo per supportare la guarigione. 

Quando una ferita guarisce, entrano in gioco tre tipi di cellule della pelle. I macrofagi sono i primi a rispondere – e le cellule più studiate – che arrivano entro 24 ore dal danno. Successivamente, arrivano i fibroblasti, che sono come gli ingegneri del corpo. Aiutano a stabilire la matrice extracellulare che rende possibile per le cellule successive, i cheratinociti, di effettuare il sollevamento e la ricostruzione.

“La guarigione delle ferite è una sinfonia complessa di eventi di cellula-mediata, che progredisce attraverso una serie di fasi prevedibili e sovrapposte”, Frost e il suo team scrivono nel loro documento su Med Sci. Quando una qualsiasi parte di quell’orchestra risulta stonata, l’intero processo diventa piatto. I fibroblasti, che non sono ben studiati come i macrofagi nel processo di guarigione, sono uno strumento chiave e studi precedenti hanno dimostrato che la loro risposta ritardata nei pazienti con diabete può essere un fattore importante nel lento tempo di guarigione.

Ossido nitrico contro nitrito

È qui che entra in gioco l’ossido nitrico, una specie di metronomo chimico per riportare il processo nel giusto ritmo. Ma l’orchestra dermica del corpo non è così semplice – così come suonare un metronomo più forte non necessariamente farà migliorare i tempi di un musicista, inondare una ferita con l’ossido nitrico non è un toccasana.

“Il vecchio approccio è quello di aggiungere l’ossido nitrico e sedersi per vedere se funziona”, dice Frost. “Quello che stiamo scoprendo è che non è sufficiente applicare e partire, dobbiamo tenere sotto controllo la quantità di ossido nitrico effettivamente necessaria”.

Un grosso problema a cui Frost e il suo team si rivolgono è come viene misurato l’ossido di azoto in primo luogo. La pratica attuale sostituisce il nitrito per l’ossido di azoto, un interruttore fuorviante, dice Frost, perché il nitrito è un sottoprodotto senza segni di tempo. Mentre il nitrito stabile è più facile da misurare, da solo non può trasmettere lo stato di guarigione in tempo reale come possono fare i livelli di ossido nitrico.

Quindi, il laboratorio di Frost ha costruito un dispositivo per la misurazione dell’ossido nitrico per il loro studio manuale. Ciò crea una sfida poiché significa che le misurazioni sono molto più difficili, e questo limita la dimensione del set di dati, ma Frost ha un accordo con Zysense LLC per snellire il processo di costruzione e concepire dispositivi di misurazione dell’ossido nitrico commerciale che migliorerebbero la ricerca sulla chimica cellulare.

Prossimi passi

La collaborazione è una parte fondamentale del processo di progettazione ingegneristica. Per costruire una benda di ossido nitrico con potere curativo personalizzato, il team progetta di lavorare successivamente con il sistema sanitario UP Portage per raccogliere campioni di cellule dai pazienti. Espandendo i campioni di cellule e applicando la tecnologia ai pazienti del mondo reale, il team continuerà ad ampliare il proprio database approfondendo le proprie conoscenze sui meccanismi dell’ossido nitrico.

In pochi anni, progettano di avere un prototipo di fasciatura funzionante, che abbandoni i generatori di nitriti e le discariche di ossidi di azoto. Invece, i pazienti che hanno lu ulcere del piede diabetico vedranno una luce alla fine del tunnel molto prima di mezzo anno o più: la benda di ossido nitrico potrebbe aiutare a guarire una delle malattie più difficili del settore sanitario in meno di un mese.