La "pelle bionica" uccide i batteri ed abbassa la temperatura per accelerare la guarigione delle ferite infette. / ‘Bionic skin’ kills bacteria and cools temperature to speed up infected wound healing

La "pelle bionica" uccide i batteri ed abbassa la temperatura per accelerare la guarigione delle ferite infette. / ‘Bionic skin’ kills bacteria and cools temperature to speed up infected wound healing

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

Una pelle bionica rinfrescante che unisca protezione, comfort ed una potente attività antibatterica potrebbe essere ciò che mancava nel trattamento delle ferite infette.

Una pelle bionica in grado di raffreddarsi passivamente e di esercitare un'attività antibatterica su richiesta apre la strada alla prossima generazione di materiali biomedici. Creato da scienziati della Hong Kong Polytechnic University, il materiale imita fedelmente le proprietà meccaniche e la permeabilità della pelle naturale, dimostrando un'eccellente capacità di guarigione se utilizzato per trattare ferite infette nei topi.

La riparazione delle ferite è un processo biologico complesso, in cui le infezioni batteriche rappresentano un rischio particolare. Le infezioni possono ritardare la guarigione, danneggiare il tessuto neoformato e causare complicazioni potenzialmente letali, pertanto la loro gestione è di fondamentale importanza. Le medicazioni tradizionali hanno rappresentato una svolta in questo ambito; tuttavia, presentano dei limiti. Ad esempio, le medicazioni in garza possono aderire alla ferita, causando dolore durante la rimozione; le medicazioni in schiuma sono costose; e le medicazioni idrocolloidali non sono adatte alle ferite infette.

Le medicazioni ottimali per le ferite combinano un'elevata funzione protettiva con comfort ed efficacia antibatterica, ma ottenere un singolo materiale che integri tutte queste caratteristiche è difficile. Con l'obiettivo di cambiare questa situazione, i ricercatori hanno sviluppato una pelle bionica rinfrescante per la gestione delle ferite infette che integra la tecnologia di saldatura a solvente e strutture metallo-organiche monofacciali che generano specie reattive dell'ossigeno in risposta alla luce visibile.

Il materiale risultante presenta una struttura Janus: uno strato esterno idrofobico costituito da fibre di PVDF che riflette la luce solare e trasmette la radiazione infrarossa media per il raffreddamento passivo, mentre uno strato interno idrofilo contenente nanoparticelle di Fe20-ZIF8 fornisce proprietà antibatteriche per favorire la guarigione.

Esperimenti condotti su ferite di topi infette da Staphylococcus aureus hanno rivelato che la pelle bionica favorisce una rapida guarigione sotto luce bianca. Le ferite trattate con il biomateriale si sono chiuse quasi completamente entro 11 giorni, così come quelle trattate con una soluzione di amoxicillina come controllo positivo. Entrambi i gruppi hanno mostrato una velocità di guarigione più che doppia rispetto alle altre medicazioni testate.

La medicazione bionica ha inoltre raggiunto un'efficacia antibatterica superiore al 97% nei test antibatterici in vivo, risultando paragonabile ai controlli trattati con antibiotici.

Nel frattempo, il sequenziamento dell'RNA e la PCR quantitativa sono stati utilizzati per identificare il meccanismo alla base di questa guarigione. Le analisi hanno rivelato che la medicazione aumenta l'espressione di diversi marcatori di angiogenesi, geni coinvolti nella migrazione cellulare e peptidi antimicrobici, ed allo stesso tempo riduce l'espressione di numerosi geni correlati all'infiammazione.

Oltre ad aver una resistenza alla trazione e un'elasticità paragonabili a quelle della pelle umana, la pelle bionica refrigerante ha ridotto la temperatura superficiale delle ferite esposte alla luce solare di circa 4 °C ed, in modelli di ferite su ratti in condizioni esterne realistiche, ha dimostrato un raffreddamento medio di 1,7 °C rispetto alla ferita non coperta.

In definitiva, questi risultati evidenziano il potenziale del nuovo biomateriale per il trattamento delle ferite infette e per affrontare le problematiche di lunga data nella guarigione delle ferite.

"Questa innovativa medicazione bionica per ferite non solo migliora il comfort e l'efficacia della guarigione, ma fa anche progredire la nostra comprensione dei meccanismi di riparazione delle ferite, offrendo notevoli prospettive per la cura delle ferite e la progettazione di materiali biomedici in futuro", hanno concluso i ricercatori.

ENGLISH

A bionic cooling skin that marries protection, comfort and potent antibacterial activity could be what’s been missing in the treatment of infected wounds.

A bionic skin capable of passive cooling and on-demand antibacterial activity opens the door to the next generation of biomedical materials. Created by scientists from The Hong Kong Polytechnic University, the material closely mimics the mechanical properties and permeability of natural skin, demonstrating excellent healing when used to treat infected mouse wounds.

Wound repair is a complex biological process, with bacterial infection presenting a particular risk. Infections can delay healing, damage newly formed tissue and result in potentially life-threatening complications, meaning that their management is paramount. Traditional wound dressings have been transformative in this area; however, they are not without limitations. For example, gauze dressings may adhere to wounds, causing pain during removal; foam dressings are costly; and hydrocolloid dressings are unsuitable for infected wounds.

Optimal wound dressings combine high protective function with comfort and antibacterial efficiency, but a single material that integrates all these characteristics is tough to achieve. With a view to changing that, the researchers developed a bionic cooling skin for infected wound management that integrates solvent welding technology and single-sided metal–organic frameworks that generate reactive oxygen species in response to visible light.

The resulting material has a Janus structure: a hydrophobic outer layer made of PVDF fibers that reflects sunlight and transmits mid-infrared radiation for passive cooling, while a hydrophilic inner layer embedded with Fe20-ZIF8 nanoparticles provides antibacterial properties to aid healing.

Experiments on Staphylococcus aureus-infected mouse wounds revealed that the bionic skin promotes rapid healing under white light. Wounds treated with the biomaterial were almost completely closed within 11 days, as were those treated with an amoxicillin solution as a positive control. Both groups exhibited more than twice the healing rate of the other dressings tested.

The bionic dressing also achieved over 97% antibacterial efficacy in in vivo antibacterial tests, rivaling antibiotic-treated controls.

Meanwhile, RNA sequencing and quantitative PCR were used to identify the mechanism underpinning this healing. The dressing upregulates various angiogenesis markers, cell migration genes and antimicrobial peptides, and simultaneously downregulates a number of inflammation-related genes, these analyses revealed.

As well as having tensile strength and elasticity that is comparable to human skin, the bionic cooling skin reduced the surface temperature of wounds exposed to sunlight by around 4°C, and, in rat wound models under realistic outdoor conditions, demonstrated an average cooling of 1.7°C relative to the uncovered wound.

Ultimately, these findings highlight the novel biomaterial’s potential for treating infected wounds and addressing longstanding challenges in wound healing.

“This innovative bionic wound dressing not only enhances comfort and healing efficacy but also advances our understanding of wound repair mechanisms, holding significant promise for future wound care and biomedical material design,” the researchers concluded.

Da:

https://www.biotechniques.com/bioengineering-biophysics/bionic-skin-kills-bacteria-and-cools-temperature-to-speed-up-infected-wound-healing/?utm_campaign=BioTechniques%20-%20Weekly%20NL&utm_medium=email&_hsenc=p2ANqtz--7Di1RSEhPXHjh42OV3x_cqzqiDrABikLZjwXn_YIAiTDzsIoqd-Wtj4aKuo97Ya_fGVJK56nW84vqxQaeBowlrxFe_C5GGFhTjCNgjLYVVzN94n4&_hsmi=429097459&utm_content=428885116&utm_source=hs_email