Negli ultimi anni, ricercatori hanno lavorato per sviluppare più flessibili, protesi funzionali per i soldati che tornano a casa dai campi di battaglia in Afghanistan o in Iraq con braccia o gambe mancanti. Ma anche le nuove protesi hanno difficoltà a impedire ai batteri di entrare nel corpo attraverso lo spazio in cui è stato impiantato il dispositivo.

"Devi chiudere (l'area) in cui i batteri potrebbero entrare nel corpo, ed è lì che sta la pelle, "ha detto Thomas Webster, professore associato di ingegneria e ortopedia alla Brown University.

Webster e un team di ricercatori della Brown potrebbero aver trovato la formula giusta per scoraggiare i migranti batterici. Il gruppo riporta due modi in cui ha modificato la superficie degli impianti di gamba in titanio per promuovere la crescita delle cellule della pelle, creando così uno strato di pelle naturale e sigillando lo spazio in cui il dispositivo è stato impiantato nel corpo. I ricercatori hanno anche creato una catena molecolare per cospargere le proteine ​​della crescita della pelle sull'impianto per accelerare la crescita della pelle.

I risultati sono pubblicati nel Journal of Biomedical Materials Research A.

I ricercatori, tra cui Melanie Zile, uno studente della Boston University che ha lavorato nel laboratorio di Webster come parte del programma Brown's Undergraduate Teaching and Research Awards, e Sabrina Puckett, che ha conseguito il dottorato in ingegneria lo scorso maggio, ha creato due diverse superfici su scala nanometrica, dimensioni inferiori al miliardesimo di metro.

Nel primo approccio, gli scienziati hanno sparato un fascio di elettroni di rivestimento in titanio sull'abutment (il pezzo dell'impianto che viene inserito nell'osso), creando un paesaggio di cumuli di 20 nanometri. Quei cumuli imitano i contorni della pelle naturale e ingannano le cellule della pelle nella colonizzazione della superficie e nella crescita di cheratinociti aggiuntivi, o cellule della pelle.

Webster conosceva una superficie del genere, irruvidito su scala nanometrica, lavorato per la ricrescita di cellule ossee e cellule cartilaginee, ma non era sicuro se avrebbe avuto successo nella crescita delle cellule della pelle. Questa potrebbe essere la prima volta che una nanosuperficie creata in questo modo sul titanio ha dimostrato di attirare le cellule della pelle.

Il secondo approccio, chiamata anodizzazione, implicava immergere il moncone in acido fluoridrico e dargli una scossa di corrente elettrica. Questo fa sì che gli atomi di titanio sulla superficie del moncone si muovano e si riuniscano come cavi, strutture tubolari che sorgono perpendicolarmente dalla superficie del moncone. Come con i nanotumuli, le cellule della pelle colonizzano rapidamente la superficie nanotubulare.

Nei test di laboratorio (in vitro), i ricercatori riportano quasi un raddoppio della densità delle cellule della pelle sulla superficie dell'impianto; entro cinque giorni, la densità dei cheratinociti ha raggiunto il punto in cui era stato creato uno strato di pelle impermeabile che collegava il moncone e il corpo.

"Hai sicuramente uno strato di pelle completo, " Webster ha detto. "Non c'è più spazio per i batteri da attraversare".

Per promuovere ulteriormente la crescita delle cellule della pelle intorno all'impianto, Il team di Webster ha guardato a FGF-2, una proteina secreta dalla pelle per aiutare le altre cellule della pelle a crescere. Spalmare semplicemente il moncone con le proteine ​​non funziona, poiché FGF-2 perde il suo effetto quando viene assorbito dal titanio. Quindi i ricercatori hanno ideato una catena molecolare sintetica per legare FGF-2 alla superficie del titanio, mantenendo la capacità di crescita delle cellule della pelle della proteina. Non sorprendentemente, i test in vitro hanno mostrato la maggiore densità di cellule cutanee sulle superfici dei monconi utilizzando le superfici nanomodificate e allacciate con FGF-2. Inoltre, le superfici nanomodificate creano più superficie per le proteine ​​FGF-2 di quanto sarebbe disponibile sugli impianti tradizionali.

Il passo successivo consiste nell'eseguire studi in vivo; se hanno successo, le prove umane potrebbero iniziare, anche se Webster ha detto che potrebbero volerci anni.