(Ferite diabetiche-Immagine Credit Public Domain).
Circa un quarto delle persone con diabete sviluppa ferite diabetiche come ulcere del piede dolorose, che sono lente a guarire a causa del basso contenuto di ossigeno nella ferita da vasi sanguigni alterati e 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, che riduce l’infiammazione, aiuta a rimodellare i tessuti e accelera la guarigione. I risultati del lavoro, ottenuti da un modello murino, sono stati pubblicati il 28 agosto su Science Advances. Ya Guan, un dottorando e Hong Niu, un ricercatore associato post-dottorato, entrambi nel laboratorio di Guan, sono co-primi autori.
Spiegano gli autori:
“Le ferite diabetiche che non guariscono sono complicanze comuni per i pazienti diabetici. Poiché l’ipossia cronica ritarda notevolmente la guarigione della ferita, si ipotizza che l’ossigenazione sostenuta per alleviare l’ipossia promuova la guarigione della ferita diabetica. Tuttavia, l’ossigenazione sostenuta non può essere ottenuta con gli attuali approcci clinici, inclusa l’ossigenoterapia iperbarica. In questo studio presentiamo un sistema di ossigenazione sostenuto costituito da microsfere a rilascio di ossigeno e un idrogel di scavenging di specie reattive dell’ossigeno (ROS). L’idrogel cattura i ROS naturalmente elevati nelle ferite diabetiche, che possono essere ulteriormente elevati dall’ossigeno rilasciato dalle microsfere somministrate. Il rilascio prolungato di ossigeno ha aumentato la sopravvivenza e la migrazione dei cheratinociti e dei fibroblasti dermici, ha promosso l’espressione del fattore di crescita angiogenico e l’angiogenesi nelle ferite diabetiche e diminuito l’espressione di citochine proinfiammatorie. Questi effetti hanno aumentato significativamente il tasso di chiusura della ferita. I nostri risultati dimostrano che la sola ossigenazione prolungata, senza l’uso di farmaci, può guarire le ferite diabetiche”.
Il diabete è una malattia metabolica cronica che colpisce 34,2 milioni di persone negli Stati Uniti. Una delle complicanze più comuni del diabete sono le ulcere del piede diabetico (DFU). Circa il 25% dei pazienti diabetici presenta DFU che causa dolore prolungato, diminuzione della vitalità e forse la necessità di amputazione del piede. L’assistenza medica conservativa per la DFU, come lo scarico della ferita, il debridement della ferita e il controllo delle infezioni, ha esiti incoerenti ed è associata a effetti collaterali indesiderati. Trattamenti stabili e sicuri per le ferite diabetiche croniche che non guariscono potrebbero avvantaggiare milioni di persone. La guarigione della ferita diabetica cutanea è un processo complesso con tre fasi sovrapposte: infiammazione, proliferazione e rimodellamento. Immediatamente dopo la lesione scatenante, una vascolarizzazione compromessa impedisce l’apporto di ossigeno alla ferita, creando un ambiente ipossico intorno alla ferita. Questa ipossia è esacerbata dal reclutamento di cellule infiammatorie con elevato consumo di ossigeno. Sebbene l’ipossia acuta promuova la proliferazione cellulare e avvii la riparazione dei tessuti, la privazione di ossigeno a lungo termine nelle ferite croniche compromette il processo di guarigione tramite l’inibizione dell’angiogenesi, la riepitelizzazione e la sintesi della matrice extracellulare (ECM). Pertanto, una maggiore ossigenazione del tessuto della ferita è la chiave per la guarigione delle ferite croniche.
Negli ultimi decenni, la guarigione delle ferite diabetiche è stata clinicamente facilitata dall’ossigenazione, in particolare dall’ossigenoterapia iperbarica (HBOT). L’HBOT eroga il 100% di ossigeno a 2-3 atm per 1-2 ore per trattamento ai pazienti con DFU. In alcuni casi, l’HBOT ha promosso la guarigione delle ferite diabetiche dopo 40 o più trattamenti, mentre in altri studi non ha mostrato effetti benefici. Nel complesso, l’efficacia terapeutica dell’HBOT è ampiamente considerata incoerente e insoddisfacente. Questa scarsa prestazione deriva principalmente dall’incapacità dell’HBOT di fornire continuamente ossigeno sufficiente alle ferite perché il contenuto di ossigeno nelle ferite scarsamente vascolarizzate diminuisce rapidamente dopo il trattamento. Inoltre, come strategia di somministrazione sistemica di ossigeno, l’HBOT può creare rischi di iperossia tissutale, come il sequestro di tossicità dell’ossigeno.
Diversi rapporti precedenti hanno sviluppato sistemi generatori di ossigeno che vengono impiantati localmente per aumentare la concentrazione di ossigeno nei letti delle ferite per affrontare i limiti dell’ossigenazione sistemica. Questi sistemi generatori di ossigeno erano basati su H 2 O 2 (perossido di idrogeno), perossido di calcio e perfluorocarburo. L’ossigenazione localizzata può evitare l’iperossia sistemica accelerando la guarigione delle ferite croniche. Tuttavia, questi sistemi di ossigenazione rilasciano tipicamente ossigeno solo per 3-6 giorni che non è abbastanza per la guarigione delle ferite diabetiche. Inoltre, questi sistemi non possono rilasciare rapidamente ossigeno sufficiente per alleviare l’ipossia. L’ossigeno è necessario per eventi importanti, tra cui angiogenesi, granulazione, riepitelizzazione e sintesi ECM, che spesso richiedono 2 settimane o più. Pertanto, è fondamentale sviluppare sistemi generatori di ossigeno che ossigenano continuamente il letto della ferita per lunghi periodi, per accelerare la guarigione.
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 è all’interno della microsfera in ossigeno. L’ossigeno viene erogato 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, di migliorare la sopravvivenza delle cellule della pelle in condizioni di basso livello di ossigeno nella ferita diabetica e due, l’ossigeno può stimolare le cellule della pelle a produrre fattori di crescita necessari per la riparazione della ferita“, ha spiegato Guan.
I tessuti del corpo richiedono ossigeno per sopravvivere e ne hanno bisogno ancora di più quando i tessuti vengono danneggiati. Sebbene esistano diversi trattamenti per le ferite croniche nelle persone con diabete, il trattamento più comune è costituito da dozzine di sessioni in una camera iperbarica a ossigeno, ma la sua efficacia è incoerente e include il rischio di tossicità dell’ossigeno.
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Nei topi, le ferite trattate con l’idrogel contenente le microsfere a rilascio di ossigeno hanno avuto un tasso di chiusura maggiore rispetto alle ferite trattate con il solo gel o a quelle senza trattamento. Al giorno 16, le ferite trattate con l’idrogel si erano ridotte al 10,7%. Quelle trattate con il solo gel sono state ridotte del 30,4% e quelli senza trattamento si sono ridotte del 52,2%. Inoltre, le ferite trattate con l’idrogel contenente le microsfere che rilasciano ossigeno avevano l’epidermide più spessa il giorno 8, ma la più sottile entro il giorno 16, indicando che la ferita stava guarendo e l’infiammazione era ridotta.
Immagini rappresentative di ferite trattate con o senza gel e microsfere a rilascio di ossigeno per 16 giorni. Credito: Jianjun Guan lab.
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 che lo inseriamo nel tessuto cutaneo, quindi è facile da mescolare nelle microsfere“, ha detto. “Una volta che mettiamo la miscela del gel e delle microsfere nella ferita, diventa un solido perché è sensibile alla temperatura: a temperature più basse è un liquido e a temperatura corporea è un solido“.
Un rischio di fornire ossigeno alle ferite è fornirne troppo, il che crea specie reattive dell’ossigeno (ROS), che possono danneggiare o uccidere le cellule a livelli elevati. L’idrogel di Guan è in grado di eliminare il contenuto di ROS e distruggerlo, eliminando ogni rischio.
Successivamente, il team di Guan prevede di utilizzare l’idrogel in un modello animale di grandi dimensioni con l’aspettativa di futuri studi clinici sull’uomo.
“Questo trattamento rappresenta un nuovo approccio terapeutico per accelerare la guarigione delle ferite diabetiche croniche, senza utilizzare 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“.
Fonte:Science
