Una pianta carnivora ispira un cerotto intelligente per ferite. / Carnivorous plant inspires smart wound patch

 Una pianta carnivora ispira un cerotto intelligente per ferite. / Carnivorous plant inspires smart wound patch

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

La pianta carnivora Drosera capensis ha ispirato un nuovo trattamento per le ferite croniche / Carnivorous plant Drosera capensis has inspired a new chronic wound treatment

Una pianta carnivora ha ispirato lo sviluppo di un cerotto a microaghi stampato in 4D e guidato dall'intelligenza artificiale, in grado di chiudere le ferite croniche del diabete, combattere i batteri e favorire la riparazione dei tessuti.

Le ferite croniche rappresentano ancora una sfida importante per il sistema sanitario, soprattutto per le persone con diabete, che spesso presentano una guarigione ritardata, un'infiammazione persistente ed un rischio maggiore di infezione.

I metodi tradizionali di chiusura delle ferite, come suture, punti metallici ed adesivi, possono aiutare ad avvicinare i lembi della ferita, ma non rispondono attivamente al processo di guarigione del corpo. Di conseguenza, gli scienziati stanno studiando biomateriali in grado di adattarsi agli ambienti biologici, promuovendo al contempo la riparazione dei tessuti e prevenendo le infezioni.

Il professore associato Hyun-Do Jung  dell'Università di Hanyang ed il suo gruppo, in Corea del Sud, hanno sviluppato un cerotto a microaghi guidato dall'intelligenza artificiale (IA) che cambia attivamente forma a temperatura fisiologica (37 °C) per favorire la chiusura delle ferite, offrendo al contempo terapia rigenerativa e protezione antibatterica. Lo studio combina IA, stampa 4D, biomimetica, nanotecnologia del DNA ed ingegneria delle superfici in un'unica piattaforma per la guarigione delle ferite. Il lavoro è descritto in dettaglio sulla rivista Advanced Materials.

Lo studio si è ispirato alla Drosera capensis, una pianta carnivora che cattura le prede attraverso movimenti coordinati, adesione e meccanismi di protezione. Prendendo spunto da queste caratteristiche, i ricercatori hanno progettato un sistema di microaghi a memoria di forma in grado di piegarsi attivamente dopo essere stati inseriti nei tessuti. I microaghi sono stati realizzati utilizzando la stampa 4D, che consente alle strutture di cambiare forma in risposta agli stimoli ambientali.

Il gruppo ha utilizzato modelli di apprendimento automatico per prevedere ed ottimizzare il comportamento di recupero della forma dei materiali stampati, riducendo la necessità di estese sperimentazioni per tentativi ed errori. Analizzando come la composizione del materiale e le condizioni di produzione influenzassero le prestazioni, i ricercatori hanno identificato una finestra di fabbricazione ottimale che bilanciasse la stabilità meccanica con un rapido recupero della forma. Tra gli approcci di apprendimento automatico valutati, la regressione del processo gaussiano ha fornito le previsioni più accurate e le stime di incertezza più affidabili, ha affermato il gruppo.

"Questo studio va oltre la biomimetica convenzionale, utilizzando l'intelligenza artificiale per tradurre i principi ispirati alla natura in un dispositivo biomedico funzionale. Il punto chiave di questa ricerca non è solo che si ispira alla natura, ma che l'IA aiuta a convertire l'ispirazione biologica in una tecnologia per la guarigione delle ferite prevedibile, programmabile e clinicamente rilevante", ha affermato il dottor Jung in una dichiarazione.

Esperimenti di laboratorio hanno dimostrato che i microaghi recuperavano rapidamente la loro forma curva programmata alla temperatura corporea, contribuendo alla chiusura delle ferite ed al mantenimento di un contatto stabile con i tessuti. La piattaforma incorporava inoltre nanoparticelle di DNA adesive progettate per favorire la rigenerazione tissutale ed una superficie trattata con zinco che forniva protezione antibatterica.

I test hanno dimostrato un rilascio prolungato di DNA, risposte favorevoli da parte delle cellule endoteliali e dei fibroblasti coinvolti nella guarigione delle ferite ed una forte attività antibatterica contro Escherichia coli e Staphylococcus aureus.

Negli esperimenti preclinici sulla guarigione delle ferite, il sistema integrato ha accelerato la chiusura delle ferite e migliorato la rigenerazione dei tessuti rispetto agli approcci convenzionali.

"Oltre alla guarigione delle ferite, la strategia di stampa 4D guidata dall'intelligenza artificiale potrebbe essere estesa anche ai robot biomedici morbidi od ai dispositivi di interfaccia con i tessuti che richiedono movimento programmabile, trasformazione controllata della forma e contatto stabile con i tessuti biologici", ha affermato il dottor Jung.

Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche prima dell'uso clinico, la tecnologia potrebbe essere adattata per la realizzazione di cerotti intelligenti per ferite, impianti, impalcature e stent che reagiscono all'ambiente corporeo. Il gruppo ha aggiunto che, a lungo termine, potrebbe supportare lo sviluppo di biomateriali intelligenti in grado di migliorare la guarigione e ridurre le complicanze.

ENGLISH

A carnivorous plant has inspired the development of an AI-guided, 4D-printed microneedle patch that closes chronic diabetic wounds, fights bacteria, and promotes tissue repair.

Chronic wounds remain a major healthcare challenge, especially for people with diabetes, who often experience delayed healing, persistent inflammation, and a higher risk of infection.

Traditional wound closure such as sutures, staples and adhesives can help bring wound edges together, but they do not actively respond to the body's healing process. Consequently, scientists are investigating biomaterials that can adapt to biological environments while promoting tissue repair and preventing infection.

Associate Professor Hyun-Do Jung from Hanyang University and his team, in South Korea, have now developed an artificial intelligence (AI)-guided microneedle patch that actively changes shape at physiological temperature (37°C) to help close wounds while delivering regenerative therapy and antibacterial protection. The study combines AI, 4D printing, biomimicry, DNA nanotechnology, and surface engineering in a single wound-healing platform. The work is detailed in Advanced Materials.

The study was inspired by Drosera capensis, a carnivorous plant that captures prey through coordinated movement, adhesion, and protective mechanisms. Drawing on these features, the researchers designed a shape-memory microneedle system capable of actively bending after placement in tissue. The microneedles were fabricated using 4D printing, which enables structures to change shape in response to environmental stimuli.

The team used machine-learning models to predict and optimise the shape-recovery behaviour of the printed materials, reducing the need for extensive trial-and-error experimentation. By analysing how material composition and manufacturing conditions affected performance, the researchers identified an optimal fabrication window that balanced mechanical stability with rapid shape recovery. Among the machine-learning approaches evaluated, Gaussian Process Regression provided the most accurate predictions and the most reliable uncertainty estimates, the team said.

"This study goes beyond conventional biomimicry by using artificial intelligence to translate nature-inspired principles into a functional biomedical device. The key point of this research is not only that it is inspired by nature, but that AI helps convert biological inspiration into a predictable, programmable, and clinically relevant wound-healing technology," Dr Jung said in a statement.

Laboratory experiments showed that the microneedles rapidly recovered their programmed curved shape at body temperature, helping close wounds and maintain stable tissue contact. The platform also incorporated adhesive DNA nanoparticles designed to support tissue regeneration and a zinc-treated surface that provided antibacterial protection.

Tests demonstrated sustained DNA release, favourable responses from endothelial cells and fibroblasts involved in wound healing, and strong antibacterial activity against Escherichia coli and Staphylococcus aureus.

In preclinical wound-healing experiments, the integrated system accelerated wound closure and improved tissue regeneration compared with conventional approaches.

"Beyond wound healing, the AI-guided 4D-printing strategy could also be extended to soft biomedical robots or tissue-interfacing devices that require programmable motion, controlled shape transformation, and stable contact with biological tissues," said Dr Jung.

While further research is needed before clinical use, the technology could be adapted for smart wound patches, implants, scaffolds, and stents that respond to the body's environment. The team added that in the long term, it may support the development of intelligent biomaterials that improve healing and reduce complications.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/4d-printed-patch-closes-chronic-wounds?rcip=giuseppecotellessa%40libero.it&utm_campaign=Daily%20Bulletin%20-%20290626%20-%20Monday&utm_content=&utm_term=https%3A%2F%2Fwww.theengineer.co.uk%2Fcontent%2Fnews%2F4d-printed-patch-closes-chronic-wounds&utm_medium=email&utm_source=The%20Engineer