I ricercatori di Skoltech e dell’Università del Texas ad Austin hanno presentato una prova di concetto per un sensore indossabile in grado di monitorare la guarigione di piaghe, ulcere e altri tipi di ferite cutanee croniche, anche senza la necessità di rimuovere le bende. Il documento è stato pubblicato sulla rivista ACS Sensors.
Le ferite croniche che non riescono a guarire rapidamente, come le ulcere del piede diabetico o le ulcere da pressione, possono essere molto difficili da gestire per gli operatori sanitari e un incubo per i pazienti. Per monitorare il processo di guarigione e valutare la necessità di cure, i medici e gli infermieri normalmente devono rimuovere le bende da una ferita, che danneggia il tessuto in via di guarigione, spesso ferisce il paziente e richiede visite ospedaliere, in particolare per evitare ulteriori infezioni. Inoltre, se una ferita richiede più di una semplice ispezione visiva, altri metodi disponibili includono biopsie tissutali, tamponi superficiali o test per agenti patogeni: procedure invasive e costose che possono richiedere giorni e tuttavia non riescono a produrre indicazioni utili per il trattamento.
Le bende intelligenti, essenzialmente sensori indossabili in grado di monitorare determinati biomarcatori durante il processo di guarigione , potrebbero fornire una nuova forma di trattamento. Nel nuovo studio, il team Russia-USA, guidato dal rettore di Skoltech, il professor Keith Stevenson, ha esplorato metodi elettroanalitici che, grazie alla loro relativa semplicità, sensibilità, durata e altre caratteristiche interessanti, sono particolarmente promettenti per le applicazioni cliniche.
“Le prime fasi della nostra ricerca riguardavano la caratterizzazione delle prestazioni del sensore e la dimostrazione del rilevamento multianalita sensibile e selettivo in simulanti di biofluidi complessi che imitano da vicino gli ambienti biologici reali”, ha detto Stevenson.
Per il nuovo studio, il professor Stevenson e il suo ex studente laureato Olja Simoska hanno costruito un prototipo iniziale di un sensore di ferite elettroanalitico basato su array di ultra microelettrodi di carbonio (CUA) su substrati flessibili. In studi precedenti, questo sensore era stato posizionato su substrati di quarzo, ma per garantire flessibilità, gli autori hanno sviluppato un metodo per posizionare gli array su un substrato di polietilene tereftalato (PET).
Il team ha utilizzato un ambiente di ferita simulato per testare la sensibilità del proprio sensore a tre biomarcatori critici: piocianina, prodotta da Pseudomonas aeruginosa, un batterio che tipicamente colonizza le ferite croniche ; ossido nitrico (NO – ) secreto in risposta alle infezioni batteriche dalle cellule del sistema immunitario; e acido urico, un metabolita fortemente correlato alla gravità di una ferita. Tutti questi composti sono elettroattivi: cioè rispondono all’attività elettrica e quindi possono essere rilevati da un sensore elettroanalitico.
I test hanno dimostrato che sia i limiti di rilevamento del sensore che gli intervalli dinamici lineari, che rappresentano gli intervalli di concentrazioni in cui un sensore produce risultati quantitativi significativi, rientravano nelle concentrazioni biologicamente rilevanti, il che significa che un dispositivo basato su questi sensori potrebbe essere utilizzato per il monitoraggio delle ferite in un contesto clinico. I ricercatori hanno anche testato il loro sensore in colture cellulari, dove ha rilevato con successo piocianina da P. aeruginosa e NO – dai macrofagi (cellule immunitarie che distruggono i batteri e altri “invasori”). Infine, il sensore è stato anche in grado di rilevare l’influenza degli ioni d’argento Ag + , un noto agente antimicrobico, che ha soppresso la produzione di piocianina da parte dei batteri.
“Il passo successivo consiste nell’utilizzare questa tecnologia dei sensori per studi in vivo e monitoraggio in tempo reale dell’efficacia del trattamento delle ferite su soggetti umani in ambienti clinici”, afferma il professor Keith Stevenson.