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Nuovo mini biosensore rileva le ferite nel piede diabetico

Un gruppo di esperti ha sviluppato un nuovo biosensore che può essere incorporato in una medicazione o utilizzato come un tampone per analizzare la ferita. Queste funzioni permetteranno di monitorare le ulcere da piede diabetico e risparmiare l'amputazione degli arti inferiori dei pazienti colpiti dalla malattia

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Simon Palfreyman insieme a Manisha Gupta dell’Università di Alberta, hanno sviluppato un biosensore capace di monitorare le ferite della piede diabetico e prevenirne l’amputazione. Palfreyman è esperto di esperto nella cura delle ferite e Gupta è leader nella produzione di biosensori che possono essere attaccati alla pelle per monitorare informazioni importanti come la temperatura o la presenza di germi.

Biosensore
La ricercatrice di ingegneria elettrica Manisha Gupta tiene un biosensore flessibile davanti alla stampante 3D utilizzata per stampare i dispositivi nel suo laboratorio. Il team ha finora sviluppato biosensori per misurare i livelli di pressione, glucosio e ioni. Credito: Università di Alberta

Questo comune obiettivo è nato dall’esigenza di risparmiare ai pazienti colpiti da diabete l’amputazione degli arti inferiori dei soggetti colpiti da piede diabetico: era possibile creare un biosensore che  rilevasse e trattasse le ferite ai piedi prima che diventassero abbastanza gravi da richiedere l’amputazione?

Biosensore per il piede diabetico: ecco come agisce

Gupta e Palfreyman hanno richiesto una collaborazione a  Douglas Zochodne, un neurologo e neuroscienziato della Facoltà di Medicina e Odontoiatria, che ha esperienza sul danno ai nervi che trasforma in pericolose, le ferite del piede diabetico.

L’obiettivo del progetto congiunto è quello di sviluppare e testare un nuovo biosensore che può essere incorporato in una medicazione o utilizzato come un tampone per analizzare la ferita. Il sensore misurerà fino a quattro variabili, probabilmente elettroliti, temperatura, pressione e livelli di glucosio, in modo che i medici possano monitorare i progressi, rilevare complicazioni e determinare trattamenti precisi: “La spinta principale è la medicina personalizzata su misura per ogni paziente”, ha spiegato Gupta.

Biosensore

L’idea è di arrivare presto quando le ferite sono meno complicate, più economiche e più facili da trattare, piuttosto che quando la ferita è ingrandita e non guarisce, e problemi come l’infezione sono già stabiliti”, è intervenuto Palfreyman. “È necessario un intervento medico urgente con le ferite del piede diabetico perché possono deteriorarsi abbastanza rapidamente“.

Zochodne ha spiegato che il diabete può causare danni ai nervi noti come polineuropatia diabetica, il che significa che alcune persone possono ferirsi la pelle o sviluppare un’ulcera grave senza rendersene conto. La mancanza di nervi rallenta anche la guarigione: “Trattare queste ferite è come lavorare in fondo a una grotta senza luci accese”, ha specificato Zochodne, che è direttore del Neuroscience & Mental Health Institute e direttore della divisione di neurologia.

Non conosciamo la biochimica di base di cosa sta succedendo in queste ferite e perché non guariscono, quindi questa tecnologia abilitante che il Dr. Gupta ha sviluppato ha possibilità fantastiche”.

Le fasi di studio clinico per la cura del piede diabetico di Alberta Health Services ha evidenziato l’importanza di uno screening regolare del piede per uno su quattro abitanti dell’Alberta che hanno il diabete o il pre-diabete. Più della metà delle persone con diabete svilupperà polineuropatia e dal 15 al 20% svilupperà ulcere del piede. I risultati purtroppo spesso risultano essere inadeguati: circa tre pazienti su quattro moriranno entro cinque anni dall’amputazione di un arto inferiore, secondo Diabetes Educators Calgary.

“La tecnologia esistente non consente misurazioni localizzate all’interno delle ferite”, ha affermato Gupta. “La novità di questo è che andremo a monitorare più parametri all’interno dell’ambiente della ferita reale”.

Il team di esperti di Gupta, in passato, ha già sviluppato biosensori per misurare i livelli di pressione, glucosio e ioni. I sensori basati su transistor sono stampati in 3D utilizzando materiali biocompatibili come oro e semiconduttori organici che funzionano bene in un ambiente acquoso e non saranno rifiutati dal sistema immunitario del corpo. I sensori possono essere piccoli fino a dieci micron, circa un settimo della larghezza di un capello umano.

I nuovi sensori per le ferite del piede diabetico saranno sviluppati e testati su animali diabetici e, successivamente, su volontari umani. Il team sta lavorando con un partner del settore, Clinysis EMR, una società di analisi dei dati locale.

Gupta ha già un nuovo obiettivo: sviluppare un’app che consenta ai pazienti di monitorare i propri sensori della ferita . Palfreyman ha affermato che il sistema potrebbe essere importante per le persone che vivono in comunità remote che non hanno accesso alle cure cliniche di persona.

Non solo un biosensore, ma anche un biopolimero per curare le ferite croniche

Milioni di persone nel mondo, soffrono di ferire croniche e oltre all’importanza di sviluppare un biosensore per il piede diabetico, si è reso necessario sviluppare una medicazione pratica e a basso costo in biopolimero che aiuti a guarire queste ferite.

Biosensore
Uno schema illustrato mostra una potenziale configurazione della benda trasparente che si modella sulla forma di una ferita, che fa anche parte dell’illustrazione che penetra nel tessuto cutaneo rosa ed espone i vasi sanguigni rossi. Gli inserti ingrandiscono le proteine ​​(triangoli verdi etichettati FSTL-1) che aiutano i vasi sanguigni a rigenerarsi, le nanoparticelle di ossido di ferro (globi rossi etichettati SPION) che combattono i batteri e stimolano le cellule immunitarie (globi più grandi etichettati M1 e M2) e i peptidi (croci blu) che prevengono la risposta immunitaria dal diventare troppo aggressivo. Credito: The Journal of Molecular Pharmaceutics

A capo di questo importante progetto è un ricercatore della Michigan State University sta guidando un team internazionale: ” Le tecnologie efficienti esistenti sono troppo costose per la maggior parte dei sistemi sanitari, limitando notevolmente il loro utilizzo in modo tempestivo”, ha affermato Morteza Mahmoudi, assistente professore presso il Michigan State University College of Human Medicine e il Precision Health Program. “Serve una tecnologia economicamente accessibile, pratica ed efficace.”

Per riuscire a dare vita a questa brillante idea, Mahmoudi si è basato su anni di esperienza e competenza, studiando materiali dedicati alla cura del tessuto cardiaco, ricerche su come combattere le infezioni e supportare il sistema immunitario. il gruppo di esperti però ha avuto anche un occhio di riguardo sui  costi, lavorando per sviluppare un prodotto che potesse essere reso disponibile al maggior numero possibile di pazienti, anche in mercati con risorse limitate.

“Il mio obiettivo è sempre quello di fare qualcosa che funzioni e sia pratico”, ha dichiarato Mahmoudi. “Voglio vedere la mia ricerca diventare prodotti clinici che aiutano i pazienti”.

“Stiamo costruendo un team di esperti nel Regno Unito che sarà in grado di commercializzare in modo efficiente la medicazione”, ha affermato Mahmoudi. “L’azienda ha appena vinto una sovvenzione Eurostar molto competitiva per accelerare lo sviluppo del prodotto”.

Mahmoudi e i suoi collaboratori hanno condotto una piccola sperimentazione pilota della medicazione con 13 pazienti con ferite croniche , tutti guariti. “Si stima che i pazienti con ferite croniche avanzate, quelli che non rispondono alle terapie tradizionali, siano oltre 45 milioni a livello globale, il che rende questo uno dei bisogni sanitari più urgenti e urgenti del mondo“, ha affermato Mahmoudi.

Le ulcere venose delle gambe e le ulcere da pressione associate all’immobilità nei pazienti più anziani e paralizzati sono anche le principali cause di ferite croniche, così come le ulcere da piede diabetico per le quali è già stato sviluppato un efficace biosensore . Le ulcere del piede diabetico fanno capire perché molti dei motivi per cui le ferite croniche possono essere così difficili da trattare.

I pazienti con diabete possono avere a che fare con un flusso, sanguigno limitato e altri fattori che rallentano la loro risposta immunitaria, compromettendo la capacità del corpo di guarire la ferita da solo. Possono anche avere danni ai nervi che attenuano il dolore della ferita e possono ritardare i pazienti dal cercare un trattamento. Quando le ferite guariscono più lentamente e rimangono aperte più a lungo, i batteri hanno maggiori opportunità di causare infezioni e portare a gravi complicazioni. In parole povere, ci sono molte cose che non vanno in una ferita cronica.

“Le ferite croniche sono alcune delle cose più complicate che i medici devono curare“, ha spiegato Mahmoudi. “Se vuoi realizzare una medicazione che funzioni, deve affrontare tutti questi problemi. E per essere rilevante per la maggior parte dei pazienti nel mondo, deve essere anche facile da usare, pratica e poco costosa”.

Un altro obiettivo di Mahmoudi è quello di dare vita ad una tecnologia economica, progettando un prodotto che può essere fabbricato da biopolimeri prontamente disponibili, i costi di produzione possono essere mantenuti bassi e il team potrebbe aggiungere vari altri materiali per portare a una migliore guarigione.

Il team di studio ha sfruttato una struttura flessibile di nanofibre, fili estremamente sottili, di polimeri naturali, incluso il collagene, una proteina di supporto strutturale che si trova nella nostra pelle e nella cartilagine. La struttura fornisce un’impalcatura tridimensionale che favorisce la migrazione cellulare e lo sviluppo di nuovi vasi sanguigni, replicando essenzialmente la funzione della matrice extracellulare, il sistema di supporto naturale che si trova nei tessuti sani e viventi.

“È importante che le proprietà fisiche e meccaniche della medicazione siano molto vicine a quelle della pelle“, ha detto Mahmoudi. “Per guarire, le nuove cellule devono sentirsi come a casa”. Partendo da questo, il team può incorporare proteine, peptidi e nanoparticelle che non solo stimolano la crescita di nuove cellule e vasi sanguigni, ma combattono anche i batteri incoraggiando il sistema immunitario del paziente a unirsi alla carica.

È importante non trascurare la medicazione che si degrada nel tempo, il che significa che nessuno dovrebbe cambiarla o rimuoverla e potenzialmente aggravare il sito della ferita. E a circa 20 dollari l’uno, Mahmoudi crede che le medicazioni, se e quando saranno approvate dalle agenzie di regolamentazione, potranno essere fruibili anche ai sistemi sanitari a corto di risorse che devono trattare le ferite croniche.

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Tronsmart Studio

14 settembre, 2021

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