Il primo bendaggio elettronico transitorio accelera la guarigione delle ferite del 30%

Il bendaggio monitora anche il processo di guarigione, avvisando i medici dei problemi in tempo reale

• Il bendaggio wireless e senza batteria fornisce segnali elettrici per aiutare le ferite a guarire
• Il bendaggio monitora la guarigione, trasmettendo i dati in tempo reale su uno smartphone o un tablet
• Dopo che la guarigione è completa, la benda e l’elettronica vengono assorbite in modo innocuo nel corpo

I ricercatori della Northwestern University hanno sviluppato un bendaggio piccolo, flessibile ed estensibile unico nel suo genere che accelera la guarigione erogando l’elettroterapia direttamente sul sito della ferita.

In uno studio sugli animali, la nuova benda ha guarito le ulcere diabetiche il 30% più velocemente rispetto ai topi senza benda.

La benda monitora attivamente anche il processo di guarigione e poi si dissolve in modo innocuo – elettrodi e tutto – nel corpo dopo che non è più necessaria. Il nuovo dispositivo potrebbe fornire un potente strumento per i pazienti con diabete, le cui ulcere possono portare a varie complicazioni, tra cui l’amputazione degli arti o addirittura la morte.

La ricerca sarà pubblicata online nel numero del 22 febbraio della rivista Science Advances . Segna il primo bendaggio bioriassorbibile in grado di erogare l’elettroterapia e il primo esempio di un sistema rigenerativo intelligente.

“Quando una persona sviluppa una ferita, l’obiettivo è sempre quello di chiudere quella ferita il più rapidamente possibile”, ha detto Guillermo A. Ameer della Northwestern  , che ha co-condotto lo studio. “Altrimenti, una ferita aperta è suscettibile di infezione. E, per le persone con diabete, le infezioni sono ancora più difficili da trattare e più pericolose. Per questi pazienti, c’è un grande bisogno insoddisfatto di soluzioni economicamente vantaggiose che funzionino davvero per loro. La nostra nuova benda è conveniente, facile da applicare, adattabile, confortevole ed efficiente nel chiudere le ferite per prevenire infezioni e ulteriori complicazioni”.

“Anche se è un dispositivo elettronico, i componenti attivi che si interfacciano con il letto della ferita sono interamente riassorbibili”, ha detto  John A. Rogers della Northwestern , che ha co-condotto lo studio. “In quanto tali, i materiali scompaiono naturalmente dopo il completamento del processo di guarigione, evitando così qualsiasi danno al tessuto che potrebbe altrimenti essere causato dall’estrazione fisica”.

Esperto di ingegneria rigenerativa, Ameer è Daniel Hale Williams Professore di Ingegneria Biomedica presso la  McCormick School of Engineering della Northwestern  e Professore di Chirurgia presso  la Feinberg School of Medicine della Northwestern University . Dirige anche il  Center for Advanced Regenerative Engineering  (CARE) e il programma predoctoral Regenerative Engineering Training, finanziato dal National Institutes of Health. Rogers è il professore Louis Simpson e Kimberly Querrey di scienza e ingegneria dei materiali, ingegneria biomedica e chirurgia neurologica presso McCormick e Feinberg. Dirige anche il  Querrey Simpson Institute for Bioelectronics .

Potenza dell’elettricità

Quasi 30 milioni di persone negli Stati Uniti hanno il diabete e circa il 15-25% di quella popolazione sviluppa un’ulcera del piede diabetico ad un certo punto della propria vita. Poiché il diabete può causare danni ai nervi che portano a intorpidimento, le persone con diabete potrebbero sperimentare una semplice vescica o un piccolo graffio che passa inosservato e non trattato. Poiché alti livelli di glucosio ispessiscono anche le pareti dei capillari, la circolazione sanguigna rallenta, rendendo più difficile la guarigione di queste ferite. È una tempesta perfetta perché una piccola ferita si trasformi in una ferita pericolosa.

I ricercatori erano curiosi di vedere se la terapia di stimolazione elettrica potesse aiutare a chiudere queste ferite ostinate. Secondo Ameer, le lesioni possono interrompere i normali segnali elettrici del corpo. Applicando la stimolazione elettrica, ripristina i normali segnali del corpo, attirando nuove cellule a migrare verso il letto della ferita.

“Il nostro corpo si basa su segnali elettrici per funzionare”, ha detto Ameer. “Abbiamo cercato di ripristinare o promuovere un ambiente elettrico più normale attraverso la ferita. Abbiamo osservato che le cellule migravano rapidamente nella ferita e rigeneravano il tessuto cutaneo nell’area. Il nuovo tessuto cutaneo includeva nuovi vasi sanguigni e l’infiammazione era attenuata.

Storicamente, i medici hanno utilizzato l’elettroterapia per la guarigione. Ma la maggior parte di tale attrezzatura include apparecchi cablati e ingombranti che possono essere utilizzati solo sotto supervisione in ambiente ospedaliero. Per progettare un prodotto più confortevole che potesse essere indossato 24 ore su 24 a casa, Ameer ha collaborato con Rogers, un pioniere della bioelettronica che per primo  ha introdotto il concetto di medicina elettronica bioriassorbibile  nel 2018.

Telecomando

I due ricercatori e i loro team hanno infine sviluppato una piccola benda flessibile che avvolge dolcemente il sito della lesione. Un lato del sistema rigenerativo intelligente contiene due elettrodi: un minuscolo elettrodo a forma di fiore che si trova proprio sopra il letto della ferita e un elettrodo a forma di anello che si trova sul tessuto sano per circondare l’intera ferita. L’altro lato del dispositivo contiene una bobina di raccolta di energia per alimentare il sistema e un sistema di comunicazione in campo vicino (NFC) per trasportare i dati in modalità wireless in tempo reale.

Il team ha anche incluso sensori in grado di valutare quanto bene la ferita sta guarendo. Misurando la resistenza della corrente elettrica attraverso la ferita, i medici possono monitorare i progressi. Una graduale diminuzione della misurazione della corrente si riferisce direttamente al processo di guarigione. Quindi, se la corrente rimane alta, allora i medici sanno che c’è qualcosa che non va.

Integrando queste funzionalità, il dispositivo può essere azionato da remoto senza fili. Da lontano, un medico può decidere quando applicare la stimolazione elettrica e monitorare l’andamento della guarigione della ferita.

“Quando una ferita cerca di guarire, produce un ambiente umido”, ha detto Ameer. “Poi, mentre guarisce, dovrebbe seccarsi. L’umidità altera la corrente, quindi siamo in grado di rilevarla monitorando la resistenza elettrica nella ferita. Quindi, possiamo raccogliere tali informazioni e trasmetterle in modalità wireless. Con la gestione della cura delle ferite, idealmente vogliamo che la ferita si chiuda entro un mese. Se ci vuole più tempo, quel ritardo può sollevare preoccupazioni.

In uno studio su un modello di piccolo animale, i ricercatori hanno applicato la stimolazione elettrica per soli 30 minuti al giorno. Anche questo breve lasso di tempo ha accelerato la chiusura del 30%.

Atto di sparizione

Quando la ferita è guarita, l’elettrodo a forma di fiore si dissolve semplicemente nel corpo, aggirando la necessità di recuperarlo. Il team ha realizzato gli elettrodi da un metallo chiamato molibdeno, ampiamente utilizzato nelle applicazioni elettroniche e dei semiconduttori. Hanno scoperto che quando il molibdeno è abbastanza sottile, può biodegradarsi. Inoltre, non interferisce con il processo di guarigione.

“Siamo i primi a dimostrare che il molibdeno può essere utilizzato come elettrodo biodegradabile per la guarigione delle ferite”, ha affermato Ameer. “Dopo circa sei mesi, la maggior parte era sparita. E abbiamo scoperto che c’è pochissimo accumulo negli organi. Niente di straordinario. Ma la quantità di metallo che usiamo per realizzare questi elettrodi è così minima che non ci aspettiamo che causi grossi problemi”.

Successivamente, il team prevede di testare la loro benda per le ulcere diabetiche in un modello animale più grande. Quindi, mirano a testarlo sugli esseri umani. Poiché la benda sfrutta il potere curativo del corpo senza rilasciare droghe o farmaci biologici, deve affrontare meno ostacoli normativi. Ciò significa che i pazienti potrebbero potenzialmente vederlo sul mercato molto prima.

Lo studio, “Bioresorbable, wireless battery-free system for electrotherapy and impedence sensing at ferite site”, è stato parzialmente sostenuto dal National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases and CARE. Il candidato al dottorato in ingegneria biomedica nordoccidentale Joseph Song è il coautore.