Υπάρχουν μυριάδες τρόποι με τους οποίους οι άνθρωποι μπορούν να βιώσουν σωματικά τραύματα – από μικρές γρατζουνιές και εκδορές έως τις επιπτώσεις της χειρουργικής επέμβασης, κρίσιμους τραυματισμούς, εγκαύματα και άλλα μεγάλα τραύματα. Η διαδικασία επούλωσης για αυτά τα τραύματα μπορεί επίσης να ποικίλλει μεταξύ των ατόμων και μπορεί να επηρεαστεί αρνητικά από υποκείμενες παθήσεις όπως οι αγγειακές ανεπάρκειες, ο διαβήτης, η παχυσαρκία και η προχωρημένη ηλικία. Σε σοβαρές περιπτώσεις, οι μη φυσιολογικές διαδικασίες επούλωσης πληγών μπορεί να οδηγήσουν σε χρόνιες πληγές, μια κατάσταση που μπορεί να επηρεάσει δραματικά την κινητικότητα, την ποιότητα ζωής και το κόστος υγειονομικής περίθαλψης.
Σχετίζεται με Το φορητό έμπλαστρο υπερήχων θα μπορούσε να παρέχει έγκαιρη προειδοποίηση για καρδιακές προσβολές και εγκεφαλικά
Η κανονική διαδικασία επούλωσης πληγών περιλαμβάνει μια σύνθετη σειρά τεσσάρων επικαλυπτόμενων αλλά διακριτών βημάτων. Κατά τη διάρκεια των αρχικών βημάτων, τα αιμοπετάλια από το αίμα ελέγχουν την αιμορραγία σηματοδοτώντας το σχηματισμό ενός βύσματος μήτρας πρωτεΐνης. παράγουν επίσης μόρια που θα συστέλλουν τα αιμοφόρα αγγεία και θα κινητοποιούν άλλους τύπους κυττάρων στην περιοχή. Αυτά τα πρόσθετα κύτταρα σκοτώνουν τα παθογόνα στην περιοχή του τραύματος και προκαλούν την επούλωση του τραύματος και το σχηματισμό αιμοφόρων αγγείων. Σε μεταγενέστερα βήματα, η πρωτεϊνική μήτρα, η ανάπτυξη των αιμοφόρων αγγείων και οι συνδέσεις αναπτύσσονται ακόμη περισσότερο, και το δέρμα και άλλα επιφανειακά κύτταρα αρχίζουν να μεταναστεύουν στην περιοχή. Μαζί, το δέρμα και η πρωτεϊνική μήτρα σχηματίζουν κοκκιώδη ιστό για την αποκατάσταση και το κλείσιμο της πληγής. Στο τελικό στάδιο, ο σχηματισμός αιμοφόρων αγγείων μειώνεται και ο κοκκιώδης ιστός συνεχίζει να αναπτύσσεται μέχρι να γίνει τελικά ουλή, αναφέρει το Terasaki Institute.
Οι υπάρχουσες θεραπείες για την επούλωση τραυμάτων περιλαμβάνουν επιδέσμους, επιδέσμους αρνητικής πίεσης, φάρμακα που βασίζονται σε αυξητικούς παράγοντες και αντιφλεγμονώδη φάρμακα, καθαρισμό και θεραπείες με υπερήχους. Αλλά ακόμη και κάτω από τις καλύτερες συνθήκες, ο μέσος χρόνος για το πλήρες κλείσιμο του τραύματος είναι 12 εβδομάδες χρησιμοποιώντας αυτές τις μεθόδους.
Μια πιο πρόσφατη θεραπεία που διερευνάται είναι η διέγερση ηλεκτρικού πεδίου (EF). αυτή η μέθοδος επιταχύνει την επούλωση των πληγών με περιορισμένες παρενέργειες. Η χορήγηση διέγερσης EF στο σημείο του τραύματος ενεργοποιεί τη μετανάστευση του δέρματος και άλλων κοκκιοποιητικών κυττάρων στο σημείο, επάγει το σχηματισμό αιμοφόρων αγγείων και ελέγχει την υπερβολική φλεγμονή. Ως αποτέλεσμα, έχουν επινοηθεί φορητές συσκευές διέγερσης EF που έχουν δείξει βελτιώσεις στους χρόνους επούλωσης των πληγών. Ωστόσο, ο όγκος και η ακαμψία των συμβατικών ηλεκτροδίων τους οδηγεί σε διαμορφωτική ασυμβατότητα με το τραύμα, γεγονός που αυξάνει την πιθανότητα φλεγμονής και παρατεταμένης επούλωσης. Η κατασκευή αυτών των ηλεκτροδίων απαιτεί επίσης ειδικές τεχνολογίες.
Μια συνεργατική ομάδα από το Ινστιτούτο Βιοϊατρικής Καινοτομίας Terasaki έχει αναπτύξει ένα «έξυπνο» ευέλικτο ηλεκτρικό έμπλαστρο (ePatch) που αντιμετωπίζει πλήρως τις προκλήσεις που τίθενται από τις υπάρχουσες συσκευές διέγερσης EF και προσφέρει πολλά μοναδικά πλεονεκτήματα.
Η ομάδα επέλεξε αρχικά νανοσύρματα αργύρου ως ηλεκτρόδια, τα οποία όχι μόνο παρέχουν αντιβακτηριακές ιδιότητες αλλά προσφέρουν επίσης υψηλή αγωγιμότητα υπό πίεση. Στη συνέχεια επέλεξαν να ενσωματώσουν τα ηλεκτρόδια σε αλγινικό, μια ζελατινώδη ουσία που διατηρεί καλά επίπεδα υγρασίας και βιοσυμβατότητα και χρησιμοποιείται επί του παρόντος σε απορροφητικούς χειρουργικούς επιδέσμους.
Με μια χημική τροποποίηση του αλγινικού και την προσθήκη ασβεστίου, μπόρεσαν να παράγουν ένα υλικό που θα αύξανε τη σταθερότητα και τη λειτουργία των ηλεκτροδίων. Με περαιτέρω προσαρμογή της αναλογίας νανοσύρματος/τροποποιημένου αλγινικού αργύρου, μπόρεσαν να αποκτήσουν ένα εύκαμπτο, εκτυπώσιμο με ακρίβεια τζελ ή βιομελάνη, το οποίο θα παρήγαγε ένα έμπλαστρο με προσαρμόσιμη συμμόρφωση σε διάφορα σχήματα και μεγέθη τραυμάτων. Επιπλέον, το ασβέστιο που προστέθηκε στο μείγμα προκάλεσε πολλαπλασιασμό και μετανάστευση κυττάρων στο σημείο του τραύματος, το οποίο με τη σειρά του θα προάγει τον σχηματισμό αιμοφόρων αγγείων.
Για την κατασκευή του e-Patch, ένα πρότυπο τοποθετήθηκε σε ένα φύλλο σιλικόνης και το βιο-μελάνη εναποτέθηκε στο πρότυπο. Μετά τη στερεοποίηση της βιομελάνης, το πρότυπο αφαιρέθηκε.
«Με προσεκτική επιλογή των υλικών και βελτιστοποίηση της σύνθεσης γέλης, μπορέσαμε να αναπτύξουμε ένα πολυλειτουργικό, εύκολο στην κατασκευή και οικονομικά αποδοτικό e-Patch που θα διευκολύνει και θα επιταχύνει σημαντικά την επούλωση των πληγών», δήλωσε ο ερευνητής της TIBI Han-Jun Kim. , Ph.D., DVM.
Οι ευεργετικές ιδιότητες του e-Patch που ανέπτυξε η ομάδα TIBI επικυρώθηκαν από διάφορα σετ πειραμάτων. Οι μηχανικές δοκιμές έδειξαν ότι το e-Patch εμφάνισε βελτιωμένη σταθερότητα και αγωγιμότητα ηλεκτροδίων και τα αποτελέσματα των δοκιμών καταπόνησης έδειξαν καλή ανοχή, σε επίπεδο που απαιτείται για κανονική παραμόρφωση του δέρματος.
Δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν σε κύτταρα που καλλιεργήθηκαν στο e-Patch έδειξαν ότι τα e-Patches με παλμική διέγερση EF εμφάνισαν σημαντικά ταχύτερο κυτταρικό πολλαπλασιασμό, μετανάστευση, συσσώρευση και ευθυγράμμιση, καθώς και αυξημένη έκκριση αυξητικών παραγόντων – όλοι οι παράγοντες που συμβάλλουν στην ταχύτερη επούλωση του τραύματος.
Πραγματοποιήθηκαν μελέτες μοντέλων ζώων σε αρουραίους με ανοιχτά τραύματα και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι με το e-Patch ελήφθησαν σημαντικά επιταχυνόμενα αποτελέσματα επούλωσης τραυμάτων. Όχι μόνο το διεγερμένο με EF e-Patch εμφάνισε πιο γρήγορη πρόοδο των βημάτων επούλωσης πληγών, αλλά υπήρχε επίσης μια πιο κατευθυντική διαδικασία επούλωσης, με αποτέλεσμα ελάχιστες ουλές, εναπόθεση φυσιολογικών στρωμάτων δέρματος και ανάπτυξη τριχών μετά το κλείσιμο του τραύματος.
Σχετίζεται με Οι ερευνητές του UMich ανέπτυξαν ιαπωνικό έμπλαστρο αισθητήρων επηρεασμένου από Kirigami για την αποκατάσταση τραυματισμών και την προπόνηση αθλητών
Άλλα πειράματα επιβεβαίωσαν τις αντιβακτηριακές ιδιότητες των ηλεκτροδίων νανοσύρματος αργύρου που χρησιμοποιούνται στα e-Patches και αυτή η ιδιότητα αποδείχθηκε ότι είναι ανεξάρτητη από την ποσότητα διέγερσης EF που εφαρμόζεται.
Ακόμα άλλα πειράματα εξέτασαν την κυτταρική προσκόλληση στο συστατικό σιλικόνης του e-Patch και διαπιστώθηκε ότι η σιλικόνη παρείχε μια αποτελεσματική, αντικολλητική επιφάνεια για τα κύτταρα. Αυτό το χαρακτηριστικό βοηθά να διασφαλιστεί ότι υπάρχει λιγότερη βλάβη στο δέρμα και υπερβολικές ουλές.
«Το ePatch μας προσφέρει έναν άνευ προηγουμένου συνδυασμό βέλτιστων χαρακτηριστικών για επιταχυνόμενη επούλωση πληγών», δήλωσε ο Διευθυντής και Διευθύνων Σύμβουλος της TIBI Ali Khademhosseini, Ph.D. «Είναι ένα από τα πολλά καλά παραδείγματα της δουλειάς που κάνουμε στην εξατομικευμένη πλατφόρμα βιοϋλικών μας».
