Tecno Terapie

Le patch elettriche, stampabili e flessibili per una guarigione accelerata delle ferite

Adv

Ci sono una miriade di modi in cui le persone possono subire ferite fisiche, da piccoli graffi e abrasioni agli effetti di un intervento chirurgico, ferite critiche, ustioni e altri traumi importanti. Il processo di guarigione di queste ferite può anche variare da individuo a individuo e può essere influenzato negativamente da condizioni di salute sottostanti come insufficienze vascolari, diabete, obesità ed età avanzata. Nei casi più gravi, processi anormali di guarigione delle ferite possono causare ferite croniche, una condizione che può influire notevolmente sulla mobilità, sulla qualità della vita e sui costi sanitari.

Il normale processo di guarigione della ferita prevede una serie complessa di quattro fasi sovrapposte ma distinte. Durante le fasi iniziali, le piastrine del sangue controllano il sanguinamento segnalando la formazione di un tappo di matrice proteica; generano anche molecole che restringono i vasi sanguignie mobilitare altri tipi di cellule nel sito. Queste cellule aggiuntive uccidono gli agenti patogeni nell’area della ferita e innescano la guarigione della ferita e la formazione di vasi sanguigni. Nelle fasi successive, la matrice proteica, la crescita dei vasi sanguigni e le connessioni vengono ulteriormente sviluppate e la pelle e altre cellule di superficie iniziano a migrare verso il sito. Insieme, la pelle e la matrice proteica formano il tessuto di granulazione per riparare e chiudere la ferita. Nella fase finale, la formazione dei vasi sanguigni si assottiglia e il tessuto di granulazione continua a svilupparsi fino a diventare una cicatrice.

Adv

Le terapie esistenti per la guarigione delle ferite includono medicazioni, bendaggi a pressione negativa, farmaci a base di fattori di crescita e antinfiammatori, sbrigliamento e trattamenti a ultrasuoni. Ma anche nelle migliori condizioni, il tempo medio per la chiusura completa della ferita è di 12 settimane utilizzando questi metodi.

Una terapia più recente che viene esplorata è la stimolazione del campo elettrico (EF); questo metodo accelera la guarigione delle ferite con effetti collaterali limitati. La somministrazione della stimolazione EF nel sito della ferita attiva la migrazione della pelle e di altre cellule di granulazione al sito, induce la formazione di vasi sanguigni e controlla l’eccessiva infiammazione. Di conseguenza, sono stati ideati dispositivi di stimolazione EF indossabili che hanno mostrato miglioramenti nei tempi di guarigione delle ferite. Tuttavia, l’ingombro e la rigidità dei loro elettrodi convenzionali determinano un’incompatibilità conformazionale con la ferita, che aumenta il potenziale di infiammazione e di guarigione prolungata. La fabbricazione di questi elettrodi richiede anche tecnologie dedicate.

Un team collaborativo del Terasaki Institute for Biomedical Innovation ha sviluppato un cerotto elettrico flessibile “intelligente” (ePatch) che affronta pienamente le sfide poste dai dispositivi di stimolazione EF esistenti e offre molte caratteristiche vantaggiose in modo unico.

Il team ha inizialmente scelto nanofili d’argento come elettrodi, che non solo forniscono proprietà antibatteriche, ma forniscono anche un’elevata conduttività sotto sforzo. Successivamente hanno scelto di incorporare gli elettrodi nell’alginato, una sostanza gelatinosa che mantiene buoni livelli di umidità e biocompatibilità ed è attualmente utilizzata nelle medicazioni chirurgiche assorbenti.

Mediante una modifica chimica dell’alginato e l’aggiunta di calcio, sono stati in grado di produrre un materiale che avrebbe aumentato la stabilità e la funzione degli elettrodi. Regolando ulteriormente il rapporto nanofilo d’argento/alginato modificato, sono stati in grado di ottenere un gel o bio-inchiostro flessibile e stampabile con precisione, che produrrebbe un cerotto con conformità personalizzabile a varie forme e dimensioni della ferita. Inoltre, il calcio che è stato aggiunto alla miscela ha indotto la proliferazione cellulare e la migrazione al sito della ferita, che a sua volta favorirebbe la formazione dei vasi sanguigni.

Per fabbricare l’e-Patch, un modello è stato stratificato su un foglio di silicone e il bio-inchiostro è stato depositato sul modello. Dopo la solidificazione del bio-inchiostro, il modello è stato rimosso.

“Grazie all’attenta selezione dei materiali e all’ottimizzazione della nostra formulazione in gel, siamo stati in grado di sviluppare un e-Patch multifunzionale, facile da realizzare ed economico che faciliterà e accelererà notevolmente la guarigione delle ferite”, ha affermato il ricercatore TIBI Han-Jun Kim , dottorato di ricerca, DVM.

Le qualità benefiche dell’e-Patch che il team TIBI ha sviluppato sono state convalidate da diverse serie di esperimenti. I test meccanici hanno dimostrato che l’e-Patch ha mostrato una migliore stabilità e conducibilità degli elettrodi e i risultati dei test di deformazione hanno mostrato una buona tolleranza, a un livello necessario per la normale deformazione della pelle.

I test condotti su cellule coltivate sull’e-Patch hanno mostrato che gli e-Patch pulsati con stimolazione EF hanno mostrato proliferazione, migrazione, aggregazione e allineamento cellulare significativamente più rapidi, nonché una maggiore secrezione di fattori di crescita, tutti fattori che contribuiscono a una guarigione più rapida delle ferite.

Sono stati condotti studi su modelli animali su ratti con ferite aperte e i risultati hanno mostrato che con l’e-Patch sono stati ottenuti risultati di guarigione delle ferite significativamente accelerati. Non solo l’e-Patch stimolato con EF ha mostrato una progressione più rapida delle fasi di guarigione della ferita, ma c’era anche un processo di guarigione più direzionale , con conseguente cicatrici minime, deposizione di strati cutanei normali e crescita dei capelli dopo la chiusura della ferita.

Altri esperimenti hanno confermato le proprietà antibatteriche degli elettrodi a nanofili d’argento utilizzati nelle e-Patch e questa proprietà ha dimostrato di essere indipendente dalla quantità di stimolazione EF applicata.

Ancora altri esperimenti hanno testato l’aderenza cellulare al componente in silicone dell’e-Patch e si è scoperto che il silicone forniva un’efficace superficie antiaderente per le cellule. Questa funzione aiuta a garantire che ci siano meno danni alla pelle e cicatrici eccessive.

“Il nostro ePatch offre una combinazione senza precedenti di caratteristiche ottimali per una guarigione accelerata delle ferite”, ha affermato il Direttore e CEO di TIBI Ali Khademhosseini, Ph.D. “È uno dei tanti ottimi esempi del lavoro che svolgiamo nella nostra piattaforma di biomateriali personalizzata”.

La ricerca è stata pubblicata su Biomaterials .

Ulteriori informazioni: Canran Wang et al, Cerotto flessibile con elettrodi idrogel conduttivi stampabili e antibatterici per una guarigione accelerata delle ferite, Biomaterials (2022). DOI: 10.1016/j.biomaterials.2022.121479

%d blogger hanno fatto clic su Mi Piace per questo: