UNIVERSITÀ DI SHEFFIELD
Questo articolo presenta e spiega il principio alla base di un metodo elettrochimico per migliorare l´azione antimicrobica della terapia con idrogel attivata dal plasma (PAHT) nella decontaminazione delle ferite.
Lo stesso metodo potenzia anche la produzione di altre molecole, come le specie reattive dell´azoto (RNS). La PAHT potenziata elettrochimicamente è altamente efficace nell´eradicare patogeni comuni delle ferite, come Escherichia coli e Pseudomonas aeruginosa, e in una certa misura contro Staphylococcus aureus. Complessivamente, questo studio dimostra che il nuovo bendaggio PAHT offre un’alternativa promettente agli antibiotici e ai bendaggi a base d´argento per il controllo delle infezioni e la stimolazione della guarigione delle ferite.
Le infezioni croniche delle ferite sono una pandemia silenziosa che rischia di diventare una crisi sanitaria globale. Il costo del trattamento di ferite croniche, come le ulcere del piede diabetico (DFU), è stimato a 17 miliardi di dollari l´anno, superando il costo dei cinque tumori più costosi negli Stati Uniti. La sfida è globale, e le previsioni attuali indicano che entro il 2030 ci saranno 578 milioni di persone con diabete (un aumento del 36% dal 2020), e oltre il 30% delle persone con diabete sperimenterà un´ulcera nel corso della vita, con il 60% di queste ulcere che si infetteranno. Questo problema crescente è alimentato dalla resistenza antimicrobica (AMR), che potrebbe causare 10 milioni di morti annuali entro il 2050, con un impatto economico globale di 100 trilioni di dollari. L´aumento dell´uso di antibiotici potrebbe spingere l´AMR fuori controllo, aumentando la contaminazione da antibiotici, danneggiando l´ambiente e creando grandi riserve ambientali di resistenza antimicrobica.
Purtroppo, il trattamento delle ferite croniche dipende principalmente da un numero limitato di opzioni, tra cui debridement manuale a bassa tecnologia e bendaggi protettivi a basso costo o, in alternativa, bendaggi antimicrobici ad alta tecnologia e costo elevato. Tutti affrontano solo un aspetto del problema. Le infezioni gravi richiedono antibiotici sistemici e l´amputazione quando tutto il resto fallisce.
Il plasma a bassa temperatura e pressione atmosferica sta emergendo come una nuova e interessante tecnologia per controllare le infezioni e promuovere la guarigione delle ferite difficili da trattare. I benefici del plasma sono stati dimostrati in studi clinici che mostrano come il trattamento riduca la carica batterica nelle ferite e promuova la guarigione senza effetti collaterali avversi a lungo termine. Il plasma si distingue quindi come trattamento per le ferite grazie alla sua azione combinata nel controllo delle infezioni e nella stimolazione della guarigione. Questo effetto è attribuito alla miscela unica e complessa di specie reattive dell´ossigeno (ROS) e specie reattive dell´azoto (RNS), collettivamente note come specie reattive dell´ossigeno e dell´azoto (RONS), generate dal plasma.
Figura: Caratteristiche fisiche dell´idrogel PVA, inclusi a) conformabilità, b) elasticità e c) rigonfiamento prima e dopo l´incubazione in acqua. Vengono mostrati anche i rapporti di rigonfiamento quantificati per gli idrogel PVA non trattati (0 min) e gli idrogel PVA trattati con plasma in d) potenziale flottante (PVA-FLT) e e) condizioni a terra (PVA-GND), con tempi di trattamento al plasma di 2,5, 10 e 20 min (n = 3). * Nelle sezioni (a) e (b) sono mostrati segmenti più grandi di idrogel PVA rispetto a quelli utilizzati negli esperimenti per maggiore chiarezza.
Il trattamento implica l´attivazione con plasma (gas elettrico) di bendaggi idrogel per produrre una miscela unica di vari ossidanti chimici che, applicati alla ferita, decontaminano efficacemente e favoriscono la guarigione delle ferite croniche.
Il nuovo metodo rappresenta un´importante svolta che potrebbe rivoluzionare il trattamento delle ulcere e delle ferite interne, in particolare delle ulcere del piede diabetico. Oltre 540 milioni di persone in tutto il mondo vivono con il diabete, di cui il 30 percento svilupperà un´ulcera al piede durante la propria vita.
Un team internazionale di scienziati ha sviluppato un trattamento efficace per le ferite croniche che non utilizza antibiotici, ma gas ionizzato per attivare un bendaggio. Il trattamento consiste nell´attivazione con plasma di bendaggi idrogel (comunemente utilizzati per le ferite) con una miscela unica di ossidanti chimici, efficace nella decontaminazione e nel supporto alla guarigione delle ferite croniche.
I ricercatori dell´Università di Sheffield e dell´Università dell´Australia Meridionale, che hanno guidato lo studio, credono che questo nuovo metodo rappresenti un passo avanti significativo nella lotta contro i patogeni resistenti agli antibiotici e abbia il potenziale di cambiare il trattamento delle ulcere del piede diabetico e delle ferite interne.
Il professor Rob Short, Professore di Chimica presso l´Università di Sheffield e co-autore dello studio, ha dichiarato: “Oltre 540 milioni di persone vivono con il diabete in tutto il mondo, di cui il 30 percento svilupperà un´ulcera al piede nel corso della propria vita. Si tratta di una pandemia globale trascurata che aumenterà ulteriormente nei prossimi anni a causa dell´aumento dell´obesità e della mancanza di esercizio fisico.”
“Solo in Inghilterra, ogni settimana tra 60.000 e 75.000 persone ricevono trattamento per ulcere del piede diabetico. L´infezione è uno dei principali rischi. Sempre più spesso, molte infezioni non rispondono al trattamento antibiotico standard a causa di batteri resistenti, portando a 7.000 amputazioni all´anno.”
“C´è un bisogno urgente di innovazione nella gestione e trattamento delle ferite, ed è un vero privilegio far parte del team internazionale che ha lavorato su questo trattamento alternativo per oltre 10 anni.”
I benefici del gas ionizzato di plasma freddo sono già stati dimostrati in studi clinici, dimostrando che non solo controlla l´infezione, ma favorisce anche la guarigione. Questo è dovuto al potente cocktail chimico di ossidanti, in particolare specie reattive dell´ossigeno e dell´azoto (RONS), che si formano quando le molecole di ossigeno e azoto nell´aria vengono attivate.
Il Dr. Endre Szili, dell´Università dell´Australia Meridionale, che ha guidato lo studio pubblicato questa settimana sulla rivista Advanced Functional Materials, ha dichiarato: “Gli antibiotici e i bendaggi d´argento sono comunemente usati per trattare le ferite croniche, ma entrambi presentano inconvenienti.”
“La crescente resistenza agli antibiotici è una sfida globale e vi sono anche importanti preoccupazioni per la tossicità indotta dall´argento. In Europa, i bendaggi d´argento vengono progressivamente eliminati per questo motivo.”
Il team internazionale di scienziati ha dimostrato che gli idrogel attivati dal plasma con RONS rendono il gel molto più potente, uccidendo efficacemente i batteri comuni. Sebbene lo studio si sia concentrato sulle ulcere del piede diabetico, la tecnologia potrebbe essere applicata a tutte le ferite croniche e alle infezioni interne.
“Nonostante i recenti risultati incoraggianti nell´uso della terapia con idrogel attivato dal plasma (PAHT), affrontiamo la sfida di caricare gli idrogel con concentrazioni sufficienti di RONS necessari per l´uso clinico. Abbiamo superato questo ostacolo impiegando un nuovo metodo elettrochimico che migliora l´attivazione dell´idrogel”, ha affermato il Dr. Szili.
Oltre a uccidere i batteri comuni (E. coli e P. aeruginosa) che causano infezioni delle ferite, i ricercatori affermano che gli idrogel attivati dal plasma potrebbero anche aiutare ad attivare il sistema immunitario del corpo, potenzialmente aiutando a combattere le infezioni. "Le infezioni croniche delle ferite sono una pandemia silenziosa che minaccia di diventare una crisi sanitaria globale," ha aggiunto il Dr. Szili.
“Un grande vantaggio della nostra tecnologia PAHT è che può essere utilizzata per trattare tutte le ferite. È un trattamento sicuro per l´ambiente che utilizza componenti naturali dell´aria e dell´acqua per produrre i suoi ingredienti attivi, che si decompongono in componenti non tossici e biocompatibili.”
“Gli ingredienti attivi potrebbero essere erogati per un periodo prolungato, migliorando il trattamento e con un maggiore potenziale di penetrazione di un tumore. Il plasma ha un enorme potenziale nel mondo medico, e questo è solo l´inizio,” ha affermato il Dr. Szili.
Il passo successivo riguarderà le sperimentazioni cliniche per ottimizzare la tecnologia elettrochimica per il trattamento dei pazienti umani.
È stato studiato e caratterizzato un approccio elettrochimico per migliorare la produzione di specie reattive dell´ossigeno e dell´azoto (RONS) nell´idrogel attivato dal plasma (PAHT) per controllare la crescita di batteri patogeni comuni presenti nelle ferite. Attraverso il potenziamento elettrochimico del sistema di trattamento con getto di plasma He, è stata prodotta una quantità senza precedenti di 3,4 mM di H2O2 in idrogel PVA mirati. Questi bendaggi sono stati altamente efficaci nel controllo della crescita di E. coli e P. aeruginosa e leggermente efficaci contro S. aureus.
In seguito, sarà necessaria una validazione in vivo dei nuovi bendaggi PAHT per garantire che la tecnologia sia efficace e sicura per il trattamento delle ferite. Tuttavia, la nuova tecnologia offre un’alternativa promettente ai bendaggi antibiotici e a base di argento esistenti, che dovranno essere sostituiti a causa dei crescenti problemi di resistenza antimicrobica e della tossicità cumulativa dell´argento.
