Benda elettrica per le ferite croniche

I ricercatori hanno sviluppato una benda poco costosa che utilizza un campo elettrico per promuovere la guarigione delle ferite croniche

Nei test sugli animali, le ferite trattate con queste bende elettriche sono guarite il 30% più velocemente rispetto alle ferite trattate con bende convenzionali.

Le ferite croniche sono ferite aperte che guariscono lentamente, se guariscono del tutto. Ad esempio, le piaghe che si verificano in alcuni pazienti con diabete sono ferite croniche. Queste ferite sono particolarmente problematiche perché spesso si ripresentano dopo il trattamento e aumentano significativamente il rischio di amputazione e morte.

Una delle sfide associate alle ferite croniche è che le attuali opzioni di trattamento sono estremamente costose, il che può creare ulteriori problemi per i pazienti.

«Il nostro obiettivo qui era sviluppare una tecnologia molto meno costosa che accelerasse la guarigione nei pazienti con ferite croniche», afferma il dottor Amay J. Bandodkar (1), coautore corrispondente del lavoro e professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso la North Carolina State University. «Volevamo anche assicurarci che la tecnologia fosse abbastanza facile da usare a casa, piuttosto che qualcosa che i pazienti possono ricevere solo in contesti clinici».

«Questo progetto fa parte di un progetto DARPA più ampio per accelerare la guarigione delle ferite con medicazioni personalizzate», afferma il dottor Sam Sia (2), coautore corrispondente del lavoro e professore di ingegneria biomedica alla Columbia University. «Questo progetto collaborativo dimostra che queste bende leggere, che possono fornire stimolazione elettrica semplicemente aggiungendo acqua, hanno guarito le ferite più velocemente del controllo, a una velocità simile a quella di trattamenti per ferite più ingombranti e costose».

Nello specifico, il team di ricerca ha sviluppato delle medicazioni ad acqua, prive di componenti elettronici (water-powered, electronics-free dressings - WPEDs), che sono delle medicazioni monouso per ferite che hanno degli elettrodi su un lato e una piccola batteria biocompatibile sull'altro. La medicazione viene applicata a un paziente in modo che gli elettrodi entrino in contatto con la ferita. Una goccia d'acqua viene quindi applicata alla batteria, attivandola. Una volta attivata, la benda produce un campo elettrico per diverse ore.

«Quel campo elettrico è fondamentale, perché è ampiamente dimostrato che i campi elettrici accelerano la guarigione delle ferite croniche», afferma il dottor Rajaram Kaveti (3), coautore principale dello studio e ricercatore post-dottorato presso la NC State.

Gli elettrodi sono progettati in modo da potersi piegare insieme alla benda e adattarsi alla superficie delle ferite croniche, che spesso sono profonde e di forma irregolare.

«Questa capacità di conformarsi è fondamentale, perché vogliamo che il campo elettrico sia diretto dalla periferia della ferita verso il centro della ferita», afferma il professor Rajaram Kaveti. «Per focalizzare efficacemente il campo elettrico, si desidera che gli elettrodi siano a contatto con il paziente sia alla periferia che al centro della ferita stessa. E poiché queste ferite possono essere asimmetriche e profonde, è necessario disporre di elettrodi in grado di conformarsi a un'ampia varietà di caratteristiche superficiali».

«Abbiamo testato le medicazioni per ferite su topi diabetici, che sono un modello comunemente usato per la guarigione delle ferite umane», afferma la dottoressa Margaret Jakus (4), co-prima autrice dello studio e studentessa laureata alla Columbia. «Abbiamo scoperto che la stimolazione elettrica del dispositivo ha accelerato la velocità di chiusura della ferita, ha promosso la formazione di nuovi vasi sanguigni e ha ridotto l'infiammazione, tutti fattori che indicano un miglioramento generale della guarigione delle ferite».

Nello specifico, i ricercatori hanno scoperto che i topi trattati con WPED guarivano circa il 30% più velocemente rispetto ai topi trattati con bende convenzionali.

«Ma è altrettanto importante che queste bende possano essere prodotte a costi relativamente bassi: stiamo parlando di un paio di dollari a medicazione in costi generali», afferma Bandodkar.

«L'ulcerazione del piede diabetico è un problema serio che può portare ad amputazioni degli arti inferiori», afferma il dottor Aristidis Veves (5), coautore dello studio e professore di chirurgia al Beth Israel Deaconess Center. «C'è un urgente bisogno di nuovi approcci terapeutici, poiché l'ultimo approvato dalla Food and Drug Administration è stato sviluppato più di 25 anni fa. Il mio team è molto fortunato a partecipare a questo progetto che studia nuove tecniche innovative ed efficienti che hanno il potenziale per rivoluzionare la gestione delle ulcere del piede diabetico».

Inoltre, i WPEDs possono essere applicati in modo rapido e semplice. E una volta applicati, i pazienti possono muoversi e prendere parte alle attività quotidiane. Questa funzionalità significa che i pazienti possono ricevere il trattamento a casa e sono più propensi a rispettarlo. In altre parole, è meno probabile che i pazienti saltino le sedute di trattamento o prendano scorciatoie, poiché non sono tenuti a recarsi in clinica o a rimanere immobili per ore.

«I prossimi passi per noi includono ulteriore lavoro per perfezionare la nostra capacità di ridurre le fluttuazioni nel campo elettrico e prolungare la durata del campo. Stiamo anche procedendo con ulteriori test che ci avvicineranno alle sperimentazioni cliniche e, in ultima analisi, all'uso pratico che può aiutare le persone», afferma Bandodkar.

Questo studio è stato pubblicato sulla rivista Science Advances (6).

I coautori dell'articolo includono Henry Chen, uno studente universitario del dipartimento congiunto di ingegneria biomedica presso la NC State e la UNC; Bhavya Jain, Navya Mishra, Nivesh Sharma e Baha Erim Uzunoglu, studenti di dottorato presso la NC State; Darragh Kennedy ed Elizabeth Caso della Columbia; Georgios Theocharidis e Brandon Sumpio del Beth Israel Deaconess Medical Center; Won Bae Han della Korea University e del Georgia Institute of Technology; Tae-Min Jang della Korea University; e Suk-Won Hwang della Korea University e del Korea Institute of Science and Technology.

Questo lavoro è stato svolto con il supporto della Defense Advanced Research Projects Agency nell'ambito della sovvenzione D20AC00004 e del Center for Advanced Self-Powered Systems of Integrated Sensors and Technologies presso la NC State, finanziato dalla sovvenzione 1160483 della National Science Foundation. Bandodkar e Kaveti sono inventori di una domanda di brevetto correlata a questo lavoro.

Riferimenti:

(1) Amay J. Bandodkar

(2) Samuel Sia

(3) Rajaram Kaveti

(4) Margaret Jakus & Team

(5) Aristidis Veves

(6) Water-powered, electronics-free dressings that electrically stimulate wounds for rapid wound closure

Descrizione foto: Foto di una medicazione WPED (water-powered, electronics-free dressing) alimentata ad acqua e priva di componenti elettronici, per la stimolazione elettrica delle ferite. - Credit: Rajaram Kaveti.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Electric Bandage Holds Promise for Treating Chronic Wounds