Conduttivo flessibile e antibatterico consente un trattamento, personalizzato e ad alta efficienza: da piccoli graffi e abrasioni agli effetti di interventi chirurgici, da lesioni critiche a ustioni e altri traumi importanti.

 

 

La ricerca scientifica non si occupa solo dei grandi temi della medicina, ma anche di migliorare ciò che ha già cure praticabili ed efficaci. Come, per esempio, ferite di vario genere in cui ognuno di noi può nella vita incappare più volte.

Ed ecco che cosa ci porta un lavoro scientifico pubblicato e finanziato dal National Institutes of Health (NIH), cioè dall’ente che finanzia la ricerca pubblica negli Stati Uniti: l’idrogel-ePatch conduttivo flessibile e antibatterico che consente un trattamento, personalizzato e ad alta efficienza, delle ferite.

Da piccoli graffi e abrasioni agli effetti di interventi chirurgici, da lesioni critiche a ustioni e altri traumi importanti. Il processo di guarigione per queste ferite può anche variare tra gli individui e può essere influenzato negativamente da condizioni di salute di base come insufficienze vascolari, diabete, obesità ed età avanzata.

Nei casi più gravi, i processi di guarigione anormale 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 delle ferite comporta una complessa serie di quattro passaggi sovrapposti ma distinti. Durante i passaggi iniziali, le piastrine dal sangue controllano il sanguinamento segnalando la formazione di un tappo della matrice proteica; generano anche molecole che restringono i vasi sanguigni e mobilitano altri tipi di cellule nel sito.

Queste cellule aggiuntive uccidono gli agenti patogeni nell’area della ferita e innescano la guarigione delle ferite e la formazione dei vasi sanguigni. Nelle fasi successive, la matrice proteica, la crescita dei vasi sanguigni e le connessioni sono ancora più sviluppate e la pelle e altre cellule superficiali iniziano a migrare verso il sito. Insieme, la pelle e la matrice proteica formano 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 quando alla fine si forma una cicatrice.

Le terapie esistenti per la guarigione delle ferite includono medicazioni, bende a pressione negativa, farmaci a base di fattori di crescita e antinfiammatori, piccole pulizie chirurgiche e trattamenti ad 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 con campo elettrico (EF); questo metodo accelera la guarigione delle ferite con effetti collaterali limitati. La somministrazione di stimolazione EF nel sito della ferita attiva la migrazione della pelle e di altre cellule di granulazione verso il sito, induce la formazione di vasi sanguigni e controlla l’infiammazione eccessiva. Di conseguenza, sono stati ideati dispositivi indossabili di stimolazione EF che hanno mostrato miglioramenti nei tempi di guarigione delle ferite.

Tuttavia, l’ingombro e la non flessibilità dei loro elettrodi convenzionali provocano incompatibilità conformazionale con la ferita, che aumenta il potenziale di infiammazione e guarigione prolungata. La fabbricazione di questi elettrodi richiede anche tecnologie dedicate.

Un team dello statunitense Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI) 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 uniche.

Per realizzarlo sono stati utilizzati, per la prima volta, i nanofili d’argento come elettrodi, che non solo forniscono proprietà antibatteriche, ma forniscono anche un’elevata conduttività sotto sforzo. Questi elettrodi sono stati poi incorporati nell’alginato, una sostanza gelatinosa che mantiene buoni livelli di umidità e biocompatibilità ed è attualmente utilizzata nelle medicazioni chirurgiche assorbenti.

Con una modifica chimica dell’alginato e l’aggiunta di calcio, i ricercatori sono stati in grado di produrre un materiale che avrebbe aumentato la stabilità e la funzione dell’elettrodo. Con un’ulteriore regolazione del rapporto nanofilo d’argento-alginato modificato, il team multidisciplinare è stato in grado di ottenere un gel flessibile e stampabile con precisione, o bio-inchiostro, arrivando a produrre un cerotto con conformità personalizzabile a varie forme e dimensioni della ferita.

Un cerotto “plasmabile” al momento, altamente personalizzabile rispetto alla lesione da curare. Inoltre, il calcio aggiunto al mix ha indotto la proliferazione cellulare e la migrazione verso il sito della ferita, che a sua volta ha accelerato la formazione dei vasi sanguigni.

Per fabbricare l’e-Patch, un modello viene stratificato su un foglio di silicone e il bio-inchiostro viene depositato sul modello. Dopo la solidificazione del bio-inchiostro, il modello è rimosso e l’e-Patch è pronto. “Con un’attenta selezione dei materiali e l’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”, afferma il ricercatore TIBI Han-Jun Kim.

Le qualità benefiche dell’e-Patch sviluppato dal team TIBI sono state convalidate da diverse serie di esperimenti. I test meccanici hanno dimostrato che l’e-Patch ha una migliore stabilità e conduttività dell’elettrodo 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 con l’e-Patch hanno dimostrato che gli e-Patch pulsati con stimolazione EF hanno mostrato una proliferazione, migrazione, aggregazione e allineamento cellulari significativamente più veloci, 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, ossia ratti con ferite aperte e i risultati hanno mostrato che con l’e-Patch la guarigione delle ferite è stata significativamente più rapida. Non solo, l’e-Patch stimolato dall’EF ha mostrato una progressione più rapida delle fasi di guarigione delle ferite, ma c’è stato anche un processo di guarigione più direzionale, con conseguente riduzione al minimo delle cicatrici, deposizione di strati cutanei normali e ricrescita di peli e capelli se esistevano in precedenza nell’area della ferita.

Il silicone dell’e-Patch fornisce inoltre una superficie efficace e antiaderente per le cellule. Questa funzione aiuta a garantire che ci siano meno danni alla pelle e cicatrici eccessive. Altri esperimenti, infine, hanno confermato le proprietà antibatteriche degli elettrodi nanofili d’argento utilizzati negli e-Patches e questa proprietà si è dimostrata indipendente dalla quantità di stimolazione EF applicata.

 

 

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