I ricercatori dello stato di San Paolo, in Brasile, hanno sviluppato un idrogel antinfiammatorio a basso costo che in futuro potrebbe aiutare a trattare lesioni cutanee croniche come quelle spesso osservate nelle persone con diabete.
I risultati dei test sugli animali sono stati riportati in un articolo pubblicato sulla rivista Biomedicine & Pharmacotherapy.
Idrogel antinfiammatorio: ecco come agisce sulle ferite cutanee dei diabetici
Secondo la Federazione Internazionale del Diabete, il Brasile è al sesto posto tra i paesi con il maggior numero di casi di diabete, che ha raggiunto proporzioni epidemiche ed è diventato la quinta causa di morte più frequente nel mondo. Circa 17,7 milioni di brasiliani soffrono ogni giorno di alterazioni metaboliche causate da un’alterata secrezione e azione dell’insulina, come nefropatia (danno renale), neuropatia e scarsa guarigione delle ferite ; si stima che un diabetico su cinque sviluppi ferite croniche come le ulcere del piede.
Nelle persone sane, la lesione della pelle innesca immediatamente una sequenza di eventi che portano alla guarigione. Il sanguinamento è controllato dall’aggregazione piastrinica, che fornisce siti di legame per la coagulazione e la proliferazione cellulare.
Segue la formazione di nuove cellule del sangue e la deposizione di collagene. Nei diabetici, tuttavia, livelli elevati di zucchero nel sangue (iperglicemia) aumentano la produzione di specie reattive dell’ossigeno, che esacerbano l’infiammazione e compromettono la formazione dei vasi sanguigni.
Gli idrogel biologici sono stati utilizzati con successo per accelerare la guarigione delle ferite, fornendo un ambiente umido e sterile. In questo studio, i ricercatori dell’Università Statale di San Paolo (UNESP) e dell’Università Federale di San Paolo (UNIFESP) hanno sviluppato una formula a base di annessina A1 (AnxA1), una proteina coinvolta nella regolazione dell’infiammazione e della proliferazione cellulare, come evidenziato dai precedenti studi del gruppo ricerca.
I risultati di questo studio mostrano che l’idrogel può modulare il microambiente della ferita e favorire la rigenerazione dei tessuti.
Gli effetti dell’idrogel contenente AnxA12–26 (un peptide sintetizzato utilizzando gli aminoacidi da 2 a 26) sono stati osservati in topi con diabete di tipo 1 indotto e lesioni cutanee effettuate con un punch per biopsia. Si è osservato che il numero di cellule infiammatorie diminuiva tre giorni dopo la pratica delle ferite. Dopo 14 giorni le ferite guarirono completamente.
Nel gruppo di controllo , che comprendeva topi diabetici trattati con idrogel che non conteneva il peptide, l’infiammazione acuta della ferita è continuata oltre il terzo giorno.
L’analisi immunoistochimica ha mostrato un miglioramento nella rigenerazione dei tessuti grazie alla proliferazione dei cheratinociti (cellule che svolgono un ruolo chiave nel ripristino dell’omeostasi cutanea e nella riepitelizzazione), una riduzione della quantità di macrofagi (cellule immunitarie che smorzano l’infiammazione, eliminano i detriti cellulari e coordinano la riparazione dei tessuti) e aumento dei livelli del fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF), favorendo la formazione di nuove cellule del sangue.
Il test di citotossicità ha mostrato un’eccellente biocompatibilità e ha confermato che l’idrogel è sicuro per l’uso nel trattamento delle ferite diabetiche. “Il nostro idrogel è altamente assorbente e fornisce la giusta quantità di umidità per favorire la guarigione, che in realtà avviene più velocemente che senza di esso. È un’opzione efficace per espandere l’arsenale terapeutico per il trattamento delle ferite diabetiche”, ha affermato Sonia Maria Oliani, ultima autrice dello studio.
Oliani è professore presso l’Istituto di bioscienze, lettere e scienze esatte dell’UNESP (IBILCE) e il programma di studi universitari in biologia funzionale e strutturale dell’UNIFESP.
Altri vantaggi dell’idrogel sviluppato dai ricercatori di San Paolo sono la facilità di produzione e il basso costo, un fattore chiave nell’America centrale e meridionale, dove il costo annuo per la cura del diabete supera i 65,3 miliardi di dollari.
Il prodotto ha il potenziale per essere utilizzato in altre applicazioni. I ricercatori stanno attualmente testando il suo utilizzo nel trattamento delle ferite della mucosa orale.
La formazione di cicatrici e la perdita delle appendici cutanee rappresentano le maggiori sfide nella guarigione delle ferite cutanee. Studi precedenti hanno indicato che le cellule del mesenchima di riserva (RM) del corno e il loro mezzo condizionato hanno migliorato la guarigione rigenerativa delle ferite con recupero parziale delle appendici cutanee.
Un gruppo di ricerca ha deciso di sviluppare idrogel dalla matrice RM del corno (HARM) e di valutare l’effetto sulla guarigione delle ferite. Hanno preparato gli idrogel dall’HARM tramite solubilizzazione enzimatica con pepsina. Successivamente hanno studiato gli effetti terapeutici di HARM su un modello di ratto in grado di guarire una ferita cutanea a tutto spessore utilizzando sia iniezioni locali attorno alla ferita sia applicazioni topiche sulla ferita.
La ricerca è stata pubblicata sul World Journal of Stem Cells .
I risultati hanno mostrato che HARM ha accelerato il tasso di guarigione delle ferite e ridotto la formazione di cicatrici. Inoltre, HARM ha stimolato la rigenerazione delle appendici cutanee e dei vasi sanguigni e ha ridotto l’aggregazione delle fibre di collagene. Ulteriori studi hanno dimostrato che queste funzioni potrebbero essere ottenute creando una nicchia simile a quella fetale nel sito della ferita.
I livelli dei geni correlati alla guarigione delle ferite fetali, inclusi il collagene III e il TGFβ3 trattati con HARM, erano tutti aumentati, mentre i livelli di espressione di collagene I, TGFβ1 ed Engrailed 1 erano diminuiti durante la guarigione. Inoltre, il numero di cellule staminali è aumentato nella nicchia fetale creata da HARM, il che potrebbe contribuire alla rigenerazione delle appendici cutanee.
Nel complesso, il team ha sviluppato con successo un idrogel iniettabile realizzato con matrice RM di corna per la riparazione rigenerativa delle ferite cutanee a tutto spessore. Hanno scoperto il meccanismo molecolare degli idrogel nel promuovere la guarigione rigenerativa delle ferite e hanno quindi aperto la strada allo sviluppo di HARM per uso clinico.
Circa un quarto delle persone con diabete sviluppa ulcere dolorose al piede, che guariscono lentamente a causa del basso livello di ossigeno nella ferita dovuto ai vasi sanguigni compromessi e all’aumento dell’infiammazione. Queste ferite possono diventare croniche, portando a una scarsa qualità della vita e alla potenziale amputazione.
Jianjun Guan, professore di ingegneria meccanica e scienza dei materiali presso la McKelvey School of Engineering della Washington University di St. Louis, ha sviluppato un idrogel che fornisce ossigeno a una ferita, riducendo l’infiammazione, aiutando a rimodellare i tessuti e accelerando la guarigione.
I risultati del lavoro, che riguardava un modello murino, sono stati pubblicati il 28 agosto su Science Advances . Ya Guan, uno studente di dottorato, e Hong Niu, un ricercatore associato post-dottorato, entrambi nel laboratorio di Guan, sono i co-primi autori.
L’idrogel di Guan fornisce ossigeno alla ferita utilizzando microsfere che rilasciano gradualmente ossigeno per interagire con le cellule attraverso un enzima sulla loro superficie che converte ciò che si trova all’interno della microsfera in ossigeno. L’ossigeno viene somministrato alla ferita per un periodo di circa due settimane e l’infiammazione e il gonfiore diminuiscono, favorendo la guarigione.
“L’ossigeno ha due ruoli: uno, migliorare la sopravvivenza delle cellule della pelle nelle condizioni di basso ossigeno della ferita diabetica; e due, l’ossigeno può stimolare le cellule della pelle a produrre fattori di crescita necessari per la riparazione della ferita”, ha detto Guan.
I tessuti del corpo necessitano di ossigeno per sopravvivere e ne hanno bisogno ancora di più quando il tessuto è danneggiato. Sebbene esistano diversi trattamenti per le ferite croniche nelle persone con diabete , il trattamento più comune consiste in decine di sessioni in una camera di ossigeno iperbarica, ma la sua efficacia è incoerente e include il rischio di tossicità dell’ossigeno.
Nei topi, le ferite trattate con l’idrogel contenente le microsfere a rilascio di ossigeno avevano un tasso di chiusura maggiore rispetto alle ferite trattate solo con il gel o a quelle senza trattamento. Al giorno 16, le ferite trattate con l’idrogel si erano ridotte al 10,7%. Quelli trattati solo con il gel si sono ridotti al 30,4%, mentre quelli senza trattamento si sono ridotti al 52,2%.
Inoltre, le ferite trattate con l’idrogel contenente le microsfere a rilascio di ossigeno avevano l’epidermide più spessa al giorno 8, ma più sottile al giorno 16, indicando che la ferita stava guarendo e l’infiammazione era ridotta.
Negli ultimi 14 anni, Guan ha sviluppato questo tipo di gel, che ha quasi 70 diverse funzioni e strutture chimiche.
“Il gel è un liquido prima di essere inserito nel tessuto cutaneo , quindi è facile da miscelare nelle microsfere”, ha detto. “Una volta inserita la miscela di gel e microsfere nella ferita, questa diventa solida perché è sensibile alla temperatura: a temperature più basse è un liquido e a temperatura corporea è un solido.”
Un rischio nel fornire ossigeno alle ferite è quello di somministrarne troppo, creando specie reattive dell’ossigeno (ROS), che possono danneggiare o uccidere le cellule a livelli elevati. L’idrogel di Guan è in grado di recuperare il contenuto di ROS e di distruggerlo, eliminando qualsiasi rischio.
Successivamente, il team di Guan prevede di utilizzare l’idrogel in un modello animale di grandi dimensioni in attesa di futuri studi clinici sull’uomo.
“Ciò rappresenta un nuovo approccio terapeutico per accelerare la guarigione delle ferite diabetiche croniche senza farmaci”, ha detto Guan. “Ha anche il potenziale per trattare altre malattie in cui l’ossigeno è basso, come la malattia delle arterie periferiche e la malattia coronarica”.
L’uso diffuso di armi ad alta velocità e ad alta energia nella guerra moderna ha portato a una crescente incidenza di lesioni esplosive. Per tali ferite, così come per quelle subite in seguito a disastri e incidenti, l’emorragia grave è la principale causa di morte.
In APL Bioengineering , i ricercatori della Southern University of Science and Technology in Cina esaminano i progressi compiuti negli ultimi anni nelle medicazioni in idrogel, che sono efficaci nel promuovere la guarigione delle ferite e possono soddisfare meglio le esigenze di diverse situazioni.
“Con i rapidi sviluppi della scienza dei materiali, sono in fase di sviluppo numerose medicazioni per ferite altamente efficienti”, ha affermato l’autore Decheng Wu.
Sebbene le bende e le garze siano efficaci nel controllare l’emorragia, presentano varie limitazioni. Non sono biodegradabili e sono suscettibili alle infezioni e non sono adatti per ferite di forma irregolare. Potrebbero anche causare danni ai tessuti secondari e sono quasi inefficaci per la guarigione delle ferite.
Molte medicazioni per ferite in idrogel sono antibatteriche, biodegradabili, reattive e iniettabili. Le medicazioni convenzionali, al contrario, hanno un’unica funzione, che le rende meno efficaci nel trattamento delle ferite.
L’idrogel è una rete tridimensionale composta da polimeri idrofili, che possono assorbire e gonfiarsi in acqua. Gli idrogel possono essere preparati mediante diverse strategie di reticolazione e sono classificati in modi diversi in base alla loro costituzione.
Gli idrogel a base di polisaccaridi sono biocompatibili, biodegradabili e non tossici. Al contrario, gli idrogel a base di polimeri sintetici sono più facilmente modificabili e hanno una migliore resistenza meccanica .
Se utilizzato come medicazione per ferite, l’idrogel non solo forma una barriera fisica e rimuove l’essudato in eccesso, ma fornisce anche un ambiente umido che favorisce il processo di guarigione della ferita . Inoltre, l’idrogel può riempire perfettamente ferite di forma irregolare e gestire efficacemente il sanguinamento profondo.
La scarsa resistenza meccanica delle medicazioni idrogel esistenti limita le loro applicazioni nel trattamento di emorragie massicce, come le rotture arteriose, poiché non possono fornire una protezione efficace alla ferita per prevenire danni secondari.
Di conseguenza, i ricercatori concentreranno la ricerca futura sullo sviluppo di medicazioni in idrogel con elevata resistenza meccanica in modo che queste medicazioni possano aiutare in caso di gravi emorragie fatali.
“Gli idrogel sono una sorta di materiale superiore”, ha detto Wu. “Secondo me, gli idrogel ad alte prestazioni hanno anche il potenziale nel campo dell’ingegneria tissutale per sostituire alcuni tessuti che possono autoripararsi e rigenerarsi, come l’anello fibroso, il menisco e la cornea.”
In Italia, secondo il Ministero della Salute: ”
I dati di prevalenza del diabete derivano dal monitoraggio annuale dello stato di salute della popolazione condotto dall’ISTAT e dal sistema di sorveglianza PASSI (Progressi delle Aziende Sanitarie per la Salute in Italia), che raccoglie informazioni sugli stili di vita e sui fattori di rischio comportamentali della popolazione italiana adulta. I dati del sistema Passi rilevano la prevalenza del diabete tipo 2.
Secondo i dati ISTAT 2020, la prevalenza del diabete diagnosticato in Italia è di circa il 5,9% (5,9% negli uomini, 5,9% nelle donne) pari a oltre 3,5 milioni di persone, con un trend in lento aumento negli ultimi anni. La prevalenza aumenta al crescere dell’età fino a un valore del 21% nelle persone con età uguale o superiore a 75 anni.
Secondo il sistema Passi 2017-2020:
- il 4,7% della popolazione adulta di 18-69 anni riferisce una diagnosi di diabete
- la prevalenza del diabete cresce con l’età (è inferiore al 3% nelle persone con meno di 50 anni e supera il 9% fra quelle di 50-69 anni)
- è più frequente fra gli uomini che fra le donne (5,3% vs 4,1%)
- è più frequente nelle fasce di popolazione socio-economicamente più svantaggiate per istruzione o condizioni economiche.
Questi, alcuni dati contenuti nella Relazione al Parlamento 2021 sul diabete mellito, elaborata dal Ministero della Salute, come previsto dalla legge 16 marzo 1987, n. 115, e trasmessa al Parlamento il 21 aprile 2022.
Nella Relazione si è posta anche l’attenzione sugli approcci terapeutici e sulle azioni nazionali e internazionali messe in atto dal Ministero nel campo della prevenzione e della gestione della patologia. Si è, inoltre, riportata un’indagine sul funzionamento dei Servizi diabetologici nel corso dell’emergenza da SARS-Cov2 svolta, col supporto del Ministero, dall’Associazione Medici Diabetologi (AMD).
Nella Relazione si è, poi, dato spazio sia alle azioni di prevenzione e comunicazione del Ministero sul diabete sia alle linee di intervento nazionali e internazionali sulle malattie croniche. Tra queste, in particolare, rientrano quelle su Urban Health (l’influenza dell’urbanizzazione e delle politiche urbanistiche sullo stato di salute della popolazione) ed Health
Literacy (l’alfabetizzazione alla salute, cioè la capacità dei cittadini di comprendere le informazioni per la propria salute e orientarsi nel mondo sanitario) che influiscono indirettamente ma in modo importante sull’insorgenza e sull’evoluzione della patologia diabetica così come delle principali patologie croniche
