Cercetătorii de la universitatea Northwestern, din Statele Unite, au dezvoltat un mic bandaj, flexibil şi extensibil, primul de acest fel, care accelerează vindecarea prin furnizarea de electroterapie direct la locul rănii.
În cadrul unui studiu pe animale, noul bandaj a vindecat ulcerele diabetice cu 30% mai repede decât la şoarecii fără bandaj.
De asemenea, bandajul monitorizează în mod activ procesul de vindecare şi apoi se dizolvă în mod inofensiv – cu electrozi cu tot - în organism după ce nu mai este necesar.
Noul dispozitiv ar putea oferi un instrument puternic pentru pacienţii cu diabet, ale căror ulcere pot duce la diverse complicaţii, inclusiv la amputarea membrelor sau chiar la deces.
Cercetarea a fost publicată online, miercuri, în revista Science Advances. Acesta marchează primul bandaj bioresorbabil capabil să furnizeze electroterapie şi primul exemplu de sistem regenerativ inteligent.
„Atunci când o persoană dezvoltă o rană, scopul este întotdeauna de a închide acea rană cât mai repede posibil”, a declarat Guillermo A. Ameer, de la Northwestern, care a condus studiul. „În caz contrar, o rană deschisă este susceptibilă la infecţii. Şi, pentru persoanele cu diabet, infecţiile sunt şi mai greu de tratat, şi mai periculoase. Pentru aceşti pacienţi, există o nevoie majoră nesatisfăcută de soluţii eficiente din punct de vedere al costurilor care să funcţioneze cu adevărat pentru ei”, spune cercetătoru
(Foto: Această ilustraţie artistică arată partea din dispozitiv care se dizolvă inofensiv în organism. Făcând ca electrodul să fie bioresorbabil, cercetătorii au putut să se asigure că dispozitivul nu va interfera cu vindecarea şi creşterea de noi ţesuturi. Credit: Universitatea Northwestern, 2023)
„Deşi este un dispozitiv electronic, componentele active care fac interfaţă cu patul rănii sunt în întregime resorbabile”, a declarat John A. Rogers de la Northwestern, care a condus studiul.
Potrivit acestuia, materialele dispar în mod natural după ce procesul de vindecare este complet, evitând astfel orice deteriorare a ţesutului care ar putea fi altfel cauzată de o extracţie fizică.
Puterea curentului electric
Aproape 30 de milioane de persoane din Statele Unite suferă de diabet, iar între 15 şi 25% din această populaţie dezvoltă ulceraţii ale piciorului diabetic la un moment dat în viaţă.
Deoarece diabetul poate provoca leziuni nervoase care duc la amorţeală, persoanele cu diabet ar putea avea o simplă băşică sau o zgârietură mică care trece neobservată şi netratată.
De asemenea, întrucât nivelurile ridicate de glucoză îngroaşă pereţii capilarelor, circulaţia sângelui încetineşte, ceea ce face mai dificilă vindecarea acestor răni. Este „furtuna perfectă” pentru ca o rană mică să evolueze într-o rană periculoasă.
(Foto: O privire de aproape asupra celor doi electrozi ai bandajului: un electrod micuţ în formă de floare care se află chiar deasupra patului rănii, şi un electrod în formă de inel care se aşează pe ţesutul sănătos pentru a înconjura întreaga rană. Credit: Universitatea Northwestern)
Cercetătorii au fost curioşi să vadă dacă terapia de stimulare electrică ar putea ajuta la închiderea acestor răni dificil de rezolvat.
Potrivit autorilor studiului, rănile pot perturba semnalele electrice normale ale organismului. Alicarea stimulării electrice restabileşte semnalele normale ale organismului, atrăgând noi celule să migreze spre patul rănii.
„Corpul nostru se bazează pe semnalele electrice pentru a funcţiona”, explică Ameer. „Am încercat să restabilim sau să promovăm un mediu electric mai normal de-a lungul rănii. Am observat că celulele au migrat rapid în rană şi au regenerat ţesutul cutanat din zonă. Noul ţesut cutanat a inclus noi vase de sânge, iar inflamaţia a fost subjugată”, a explicat cercetătorul.
Şi până acum, clinicienii au folosit electroterapia pentru vindecare, dar majoritatea acestor echipamente includ aparate cu fir, voluminoase, care pot fi folosite doar sub supraveghere, în cadrul unui spital.
Pentru a concepe un produs mai confortabil care să poată fi purtat non-stop acasă, echipa a încheiat un parteneriat cu un pionier al bioelectronicii care a introdus pentru prima dată conceptul de medicină electronică bioresorbabilă în 2018 (Rogers).
(Foto: Profesorul Guillermo Ameer ţine în mână dispozitivul mic, subţire şi flexibil. Credit: Universitatea Northwestern)
Control la distanţă
Cei doi cercetători şi echipele lor au dezvoltat în cele din urmă un bandaj mic şi flexibil care se înfăşoară uşor în jurul locului rănit.
O parte a sistemului regenerativ inteligent conţine doi electrozi: un electrod minuscul în formă de floare care se aşează chiar deasupra patului rănii, şi un electrod în formă de inel care se aşează pe ţesutul sănătos pentru a înconjura întreaga rană. Cealaltă parte a dispozitivului conţine o bobină de captare a energiei pentru a alimenta sistemul şi un sistem de comunicare în câmp apropiat (NFC) pentru a transporta date în timp real prin wireless.
Echipa a inclus, de asemenea, senzori care pot evalua cât de bine se vindecă rana. Prin măsurarea rezistenţei curentului electric prin rană, medicii pot monitoriza progresul. O scădere treptată a curentului măsurat se leagă direct de procesul de vindecare. Astfel, dacă nivelul curentului rămâne ridicat, atunci medicii ştiu că ceva nu este în regulă.
Prin încorporarea acestor capacităţi, dispozitivul poate fi operat de la distanţă, fără fire. De la distanţă, un medic poate decide când să aplice stimularea electrică şi poate monitoriza progresul vindecării rănii.
„Pe măsură ce o rană încearcă să se vindece, aceasta produce un mediu umed”, explică Ameer. „Apoi, pe măsură ce se vindecă, ar trebui să se usuce. Umiditatea modifică curentul, aşa că suntem capabili să detectăm acest lucru prin urmărirea rezistenţei electrice în rană. Apoi, putem colecta aceste informaţii şi le putem transmite fără fir. În ceea ce priveşte gestionarea îngrijirii rănilor, în mod ideal dorim ca rana să se închidă în decurs de o lună. Dacă durează mai mult, această întârziere poate ridica problem”, spune cercetătorul.
În cadrul unui studiu pe un model animal de dimensiuni reduse, echipa a aplicat stimularea electrică timp de doar 30 de minute pe zi. Chiar şi această perioadă scurtă de timp a accelerat închiderea cu 30%.
Bioresorbţia dispozitivului
Când rana este vindecată, electrodul în formă de floare se dizolvă pur şi simplu în organism, nefiind necesară recuperarea sa.
Echipa a realizat electrozii dintr-un metal numit molibden, care este utilizat pe scară largă în aplicaţiile electronice şi semiconductoare. Ei au descoperit că, atunci când molibdenul este suficient de subţire, se poate biodegrada. În plus, acesta nu interferează cu procesul de vindecare.
„Suntem primii care au demonstrat că molibdenul poate fi folosit ca electrod biodegradabil pentru vindecarea rănilor”, a spune Ameer. „După aproximativ şase luni, cea mai mare parte a dispărut. Şi am constatat că există foarte puţină acumulare în organe. Nimic ieşit din comun, iar cantitatea de metal pe care o folosim pentru a face aceşti electrozi este atât de minimă, încât nu ne aşteptăm să cauzeze probleme majore”, spune cercetătorul.
În continuare, echipa intenţionează să testeze bandajul pentru ulcerele diabetice pe un model animal mai mare. Apoi, îşi propun să îl testeze pe oameni.
Deoarece bandajul valorifică propria putere de vindecare a organismului fără a elibera medicamente sau produse biologice, acesta se confruntă cu mai puţine obstacole în procesul de reglementare, ceea ce înseamnă că pacienţii ar putea să-l vadă pe piaţă mult mai devreme.
