Parches eléctricos imprimibles flexibles para acelerar la cicatrización de heridas

Hay innumerables formas en que las personas pueden experimentar heridas físicas, desde rasguños y abrasiones menores hasta los efectos de la cirugía, lesiones críticas, quemaduras y otros traumas importantes. El proceso de curación de estas heridas también puede variar entre individuos y puede verse afectado negativamente por condiciones de salud subyacentes, como insuficiencias vasculares, diabetes, obesidad y edad avanzada. En casos severos, los procesos anormales de cicatrización de heridas pueden resultar en heridas crónicas, una condición que puede afectar dramáticamente la movilidad, la calidad de vida y los costos de atención médica.

El proceso normal de cicatrización de heridas implica una serie compleja de cuatro pasos superpuestos pero distintos. Durante los pasos iniciales, las plaquetas de la sangre controlan el sangrado al señalar la formación de un tapón de matriz proteica; también generan moléculas que contraerán los vasos sanguíneos y movilizarán otros tipos de células al sitio. Estas células adicionales eliminan los patógenos en el área de la herida y desencadenan la cicatrización de heridas y la formación de vasos sanguíneos. En pasos posteriores, la matriz proteica, el crecimiento de los vasos sanguíneos y las conexiones se desarrollan aún más, y la piel y otras células de la superficie comienzan a migrar al sitio. Juntas, la piel y la matriz proteica forman tejido de granulación para reparar y cerrar la herida. En el paso final, la formación de vasos sanguíneos disminuye y el tejido de granulación continúa desarrollándose hasta que finalmente se convierte en una cicatriz.

Las terapias existentes para curar heridas incluyen apósitos, vendajes de presión negativa, fármacos antiinflamatorios y basados ​​en factores de crecimiento, desbridamiento y tratamientos de ultrasonido. Pero incluso en las mejores condiciones, el tiempo promedio para el cierre completo de la herida es de 12 semanas con estos métodos.

Una terapia más reciente que se está explorando es la estimulación de campo eléctrico (EF); este método acelera la cicatrización de heridas con efectos secundarios limitados. La administración de estimulación EF en el sitio de la herida activa la migración de la piel y otras células de granulación al sitio, induce la formación de vasos sanguíneos y controla la inflamación excesiva. Como resultado, se han ideado dispositivos portátiles de estimulación EF que han mostrado mejoras en los tiempos de cicatrización de heridas. Sin embargo, el volumen y la inflexibilidad de sus electrodos convencionales dan como resultado una incompatibilidad conformacional con la herida, lo que aumenta el potencial de inflamación y curación prolongada. La fabricación de estos electrodos también requiere tecnologías dedicadas.

Un equipo de colaboración del Instituto Terasaki para la Innovación Biomédica ha desarrollado un parche eléctrico flexible «inteligente» (ePatch) que aborda completamente los desafíos que plantean los dispositivos de estimulación EF existentes y ofrece muchas características ventajosas únicas.

El equipo primero eligió nanocables de plata como electrodos, que no solo brindan propiedades antibacterianas sino que también brindan una alta conductividad bajo tensión. A continuación, optaron por incrustar los electrodos en alginato, una sustancia gelatinosa que mantiene buenos niveles de humedad y biocompatibilidad y que actualmente se utiliza en apósitos quirúrgicos absorbentes.

Mediante una modificación química del alginato y la adición de calcio, pudieron producir un material que aumentaría la estabilidad y la función del electrodo. Mediante un mayor ajuste de la proporción de nanocables de plata/alginato modificado, pudieron obtener un gel flexible e imprimible con precisión, o biotinta, que produciría un parche con una conformidad personalizable para varias formas y tamaños de heridas. Además, el calcio que se añadió a la mezcla indujo la proliferación celular y la migración al sitio de la herida, lo que a su vez promovería la formación de vasos sanguíneos.

Para fabricar el e-Patch, se colocó una plantilla sobre una lámina de silicona y se depositó la biotinta sobre la plantilla. Tras la solidificación de la biotinta, se eliminó la plantilla.

«Mediante una selección cuidadosa de los materiales y la optimización de nuestra formulación de gel, pudimos desarrollar un parche electrónico multifuncional, fácil de fabricar y rentable que facilitará y acelerará en gran medida la cicatrización de heridas», dijo Han-Jun Kim, investigador de TIBI. , Ph. D., DVM.

Las cualidades beneficiosas del e-Patch que desarrolló el equipo de TIBI fueron validadas por varios conjuntos de experimentos. Las pruebas mecánicas demostraron que el e-Patch exhibió una mejor conductividad y estabilidad del electrodo, y los resultados de las pruebas de deformación mostraron una buena tolerancia, en un nivel necesario para la deformación normal de la piel.

Las pruebas realizadas en células cultivadas en el e-Patch mostraron que los e-Patches pulsados ​​con estimulación EF exhibieron una proliferación, migración, agregación y alineación celular significativamente más rápidas, así como una mayor secreción de factores de crecimiento, todos los factores que contribuyen a una cicatrización de heridas más rápida.

Se realizaron estudios de modelos animales en ratas con heridas abiertas y los resultados mostraron que se obtuvieron resultados de cicatrización de heridas significativamente acelerados con el e-Patch. El e-Patch estimulado con EF no solo exhibió una progresión más rápida de los pasos de curación de la herida, sino que también hubo un proceso de curación más direccional, lo que resultó en una cicatrización mínima, la deposición de las capas normales de la piel y el crecimiento del vello después del cierre de la herida.

Otros experimentos confirmaron las propiedades antibacterianas de los electrodos de nanocables de plata utilizados en los parches electrónicos y se demostró que esta propiedad es independiente de la cantidad de estimulación EF aplicada.

Otros experimentos probaron la adherencia celular al componente de silicona del e-Patch y se encontró que la silicona proporcionaba una superficie antiadherente eficaz para las células. Esta característica ayuda a garantizar que haya menos daño en la piel y cicatrices excesivas.

«Nuestro ePatch ofrece una combinación sin precedentes de características óptimas para acelerar la curación de heridas», dijo el director y director general de TIBI, Ali Khademhosseini, Ph.D. «Es uno de los muchos buenos ejemplos del trabajo que hacemos en nuestra plataforma de biomateriales personalizados».

La investigación fue publicada en Biomateriales.

Proporcionado por el Instituto Terasaki para la Innovación Biomédica