(Lesioni dei tendini-Immagine: dispositivo stimolatore impiantabile CÚRAM che mostra materiale piezoelettrico e inserisce l’immagine dell’impalcatura in fibra acquisita utilizzando un microscopio elettronico a scansione. Credito:Manus Biggs/Marc Fernandez).
Il team della National University of Ireland Galway ha creato un dispositivo stimolatore impiantabile che si combina con la potenza del corpo per trattare lesioni dei tendini, malattie muscoloscheletriche e danni da lesioni sportive. Questo dispositivo piezo-bioelettrico autoalimentato regola i percorsi di segnalazione associati alla riparazione del tendine attraverso la modulazione dei canali ionici meccanosensibili.
I ricercatori del CÚRAM, il Centro di ricerca SFI per i dispositivi medici con sede presso NUI Galway, hanno dimostrato come il semplice atto di camminare può alimentare un dispositivo stimolatore impiantabile per accelerare il trattamento delle malattie muscoloscheletriche.
I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista Advanced Materials.
La ricerca pone le basi ingegneristiche per una nuova gamma di dispositivi stimolatori per il trattamento di danni ai tendini e malattie e lesioni sportive che consentono il controllo della rigenerazione del tessuto muscoloscheletrico, senza l’uso di farmaci o stimolazione esterna.
Le lesioni tendinee gravi risultanti da attività atletiche o infortunic olpiscono più di 102,5 milioni di adulti ogni anno e rappresentano un onere considerevole per i sistemi sanitari (> $ 2 miliardi all’anno e le complicanze post-operatorie si traducono in quasi 1 milione di giorni aggiuntivi di cure ospedaliere ogni anno). L’intervento chirurgico tramite riparazione diretta end-to-end utilizzando suture e innesti biologici o sintetici rappresenta il gold standard nel trattamento e, nonostante il relativo successo, queste riparazioni spesso non riescono a ripristinare la piena funzionalità del tendine. A seguito della lesione, la deposizione di tessuto disorganizzata porta alla formazione di tessuto cicatriziale, all’accumulo di proteoglicani e alla calcificazione, con conseguente scarse proprietà biomeccaniche e funzione compromessa che innesca percorsi di segnalazione infiammatoria cronica e progredisce in tendinopatia. Quindi, per ottenere una riparazione a lungo termine, soluzioni funzionali innovative che si concentrano sull’attivazione di vie di segnalazione endogene di riparazione dei tessuti rappresentano un cambiamento di paradigma nel campo dei dispositivi biomedici e della medicina rigenerativa (RM).
Molti studi confermano che le popolazioni di cellule tendinee residenti sono altamente meccanosensibili e sono responsabili dell’orchestrazione dei processi di riparazione dopo l’infortunio attraverso macchinari sensoriali specializzati, compresi i canali ionici meccanosensibili. È stato riportato che la meccanoterapia (cioè esercizio a basso livello o onde d’urto extracorporee) promuove la rigenerazione del tendine e fornisce un percorso affidabile per un’adeguata gestione postoperatoria. Inoltre, i campi elettrici derivati dalla piezoelettricità prodotti durante la locomozione fisiologica possono fornire ulteriori segnali di segnalazione bioelettrici per attivare percorsi rigenerativi specifici del tendine ( Figura 1A). Diversi studi recenti hanno rivelato il potenziale significativo dei campi elettrici nella mediazione della migrazione cellulare, nella promozione della sintesi del collagene e nell’induzione della guarigione delle ferite mediante stimolazione elettrica a corrente continua (ES) applicata esternamente.
Il ricercatore CÚRAM capo dello studio, il Dr Manus Biggs, ha dichiarato: “Una delle parti più interessanti del nostro studio è che questi dispositivi impiantabili possono essere adattati a singoli pazienti o disturbi e mostrano risultati promettenti nell’accelerare la riparazione del danno al tendine legato allo sport o infortuni, in particolare negli atleti”.
Lo studio ha indagato se l’elettroterapia, insieme all’esercizio, avrebbe mostrato risultati promettenti nel trattamento di malattie o lesioni dei tendini. Ha dimostrato che la funzione e la riparazione delle cellule tendinee possono essere controllate attraverso la stimolazione elettrica da un dispositivo impiantabile che è alimentato dal movimento del corpo.
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Il Dottor Marc Fernandez, che ha svolto la ricerca principale dello studio presso CÚRAM, ha dichiarato: “Il successo del trattamento del danno e della malattia ai tendini rappresenta una sfida medica critica. La nostra scoperta mostra che viene prodotta una carica elettrica nell’area target del trattamento – il tendine danneggiato o ferito – quando il dispositivo impiantato viene allungato durante la deambulazione. Il potenziale punto di svolta qui è come un interruttore di alimentazione in una cellula: lo stimolo elettrico attiva processi rigenerativi specifici del tendine nella parte danneggiata“.
Il dispositivo stimolatore utilizza un tessuto simile a una rete, noto come materiale piezoelettrico, che produce elettricità quando viene allungato o sottoposto a pressione meccanica. È realizzato utilizzando un’impalcatura di nanofibre che sono un millesimo dello spessore di un capello umano.
Il Dottor Fernandez ha aggiunto: “Abbiamo sviluppato un dispositivo impiantabile ed elettricamente attivo in grado di controllare la rigenerazione e la guarigione dei tendini. È importante sottolineare che la nostra ricerca ha migliorato le prestazioni terapeutiche del dispositivo migliorandone la struttura, le caratteristiche piezoelettriche e la compatibilità biologica. Abbiamo anche valutato l’influenza individuale di segnali meccanici, strutturali ed elettrici sulla funzione delle cellule tendinee e siamo stati in grado di dimostrare che i segnali bioelettrici contribuiscono in modo significativo a promuovere la riparazione dei tendini”.
Il Dott. Biggs ha aggiunto: “Questa strategia unica di combinare un dispositivo che è alimentato attraverso il movimento del corpo e che può indurre una guarigione accelerata dei tendini, avrà un impatto significativo nel campo dei dispositivi rigenerativi, in particolare nell’area degli sport o delle lesioni associate a traumi. Questi dispositivi sono convenienti, relativamente facili da impiantare e possono aprire la strada a un’intera nuova classe di terapie elettriche rigenerative”.
La ricerca è stata finanziata dalla Science Foundation Ireland e in particolare dal programma di partenariato SFI-BBSRC.
Fonte: Advanced Materials
