Ferite-immagine credit public domain.
Con l’invecchiamento della popolazione e l‘aumento dei tassi di diabete che determinano un aumento delle ferite croniche, sempre più pazienti corrono il rischio di amputazioni. I ricercatori dell’UC Riverside hanno sviluppato un gel che rilascia ossigeno in grado di guarire lesioni che altrimenti potrebbero portare alla perdita dell’arto.
Le lesioni che non guariscono per più di un mese sono considerate ferite croniche. Si stima che colpiscano ogni anno circa 12 milioni di persone in tutto il mondo, di cui circa 4,5 milioni negli Stati Uniti. Di queste, circa un paziente su cinque alla fine necessiterà di un’amputazione che cambierà la sua vita.
Il nuovo gel, testato su modelli animali, agisce su quella che i ricercatori ritengono essere la causa principale di molte ferite croniche: la mancanza di ossigeno negli strati più profondi del tessuto danneggiato. Senza ossigeno a sufficienza, le ferite languiscono in un prolungato stato di infiammazione, consentendo ai batteri di proliferare e ai tessuti di deteriorarsi anziché rigenerarsi.
“Le ferite croniche non guariscono da sole”, ha affermato Iman Noshadi, Professore associato di bioingegneria presso l’UCR e a capo del team di ricerca. “Esistono quattro fasi per la guarigione delle ferite croniche: infiammazione, vascolarizzazione, dove il tessuto inizia a formare vasi sanguigni, rimodellamento e rigenerazione o guarigione. In ognuna di queste fasi, la mancanza di un apporto di ossigeno stabile e costante rappresenta un grosso problema“, ha affermato.
Quando l’ossigeno presente nell’aria o nel flusso sanguigno non riesce a penetrare a sufficienza nei tessuti danneggiati, si verifica l’ipossia, che ostacola la normale guarigione. L’approccio dei ricercatori alla prevenzione dell’ipossia con l’impiego di un gel è descritto in dettaglio in un articolo pubblicato su Nature Communications Materials.
Il gel morbido e flessibile contiene acqua e un liquido a base di colina, antibatterico, atossico e biocompatibile. Abbinato a una piccola batteria simile a quelle utilizzate negli apparecchi acustici, il gel diventa una minuscola macchina elettrochimica che scinde le molecole d’acqua per generare un flusso lento e costante di ossigeno.
A differenza dei trattamenti che rilasciano ossigeno solo in superficie, il gel si adatta alla forma unica di ogni ferita, riempiendo le fessure dove i livelli di ossigeno sono spesso più bassi e il rischio di infezione è più alto. Prima di indurirsi, il materiale si adatta con precisione ai contorni del tessuto danneggiato.
Altrettanto importante, l’apporto di ossigeno è continuo. La vascolarizzazione può richiedere settimane, quindi brevi dosi di ossigeno non sono sufficienti. Il nuovo sistema può fornire livelli di ossigeno costanti fino a un mese, contribuendo a trasformare una ferita che non guarisce in una che si comporta come una lesione normale.
Nei test su topi diabetici e anziani, scelti perché le loro ferite assomigliavano molto alle ferite croniche degli esseri umani anziani, le lesioni non trattate non guarivano e spesso risultavano fatali. Con il cerotto generatore di ossigeno applicato e sostituito settimanalmente, le ferite si sono chiuse in circa 23 giorni e gli animali sono sopravvissuti.
“Potremmo realizzare questo cerotto come un prodotto in cui il gel potrebbe dover essere rinnovato periodicamente“, ha affermato David Okoro, dottorando in bioingegneria presso l’UCR nel laboratorio di Noshadi e coautore dell’articolo.
La composizione chimica del gel offre un ulteriore vantaggio. La colina, un componente chiave, ha proprietà che aiutano a modulare il sistema immunitario e a calmare l’infiammazione eccessiva. Le ferite croniche sono spesso sopraffatte dalle specie reattive dell’ossigeno, molecole instabili che danneggiano le cellule e prolungano l’infiammazione. Aumentando l’ossigeno stabile e contribuendo a frenare questa reazione immunitaria eccessiva, il gel ripristina l’equilibrio anziché innescare ulteriore stress.
“Esistono bende che assorbono i fluidi e altre che rilasciano agenti antimicrobici”, ha detto Okoro. “Ma nessuna di queste affronta davvero l’ipossia, che è il problema fondamentale. Noi lo stiamo affrontando direttamente”.
Immagine: schema che illustra il gel autoossigenante per la guarigione delle ferite. Gli elettrodi sono in basso, qui. (Iman Noshadi/UCR)
Le implicazioni di questo progetto vanno oltre la cura delle ferite. La carenza di ossigeno e nutrienti rappresenta una sfida importante nei tentativi di irigenerare tessuti o organ, che è uno degli obiettivi principali del laboratorio Noshadi.
“Quando lo spessore di un tessuto aumenta, diventa difficile distribuire al tessuto ciò di cui ha bisogno, quindi le cellule iniziano a morire”, ha affermato Noshadi. “Questo progetto può essere visto come un ponte verso la creazione e il mantenimento di organi più grandi per le persone che ne hanno bisogno”.
Esistono alcuni fattori che causano la prevalenza di ferite croniche che non possono essere risolti con un gel. Oltre all’aumento dei tassi di diabete e all’invecchiamento della popolazione, Baishali Kanjilal, bioingegnere dell’UCR e coautore dell’articolo, ne evidenzia altri.
“Il nostro stile di vita sedentario sta causando una diminuzione della nostra risposta immunitaria”, ha affermato. “È difficile arrivare alle radici sociali dei nostri problemi. Ma questa innovazione rappresenta un’opportunità per ridurre le amputazioni, migliorare la qualità della vita e dare al corpo ciò di cui ha bisogno per guarire“.
Fonte: UC River