La guarigione è un processo complesso nei disturbi della pelle degli adulti, che richiedono processi biochimici collaborativi per la riparazione in loco. Diversi tipi di cellule (macrofagi, leucociti, mastociti) contribuiscono alle fasi associate di proliferazione, migrazione, sintesi e contrazione della matrice, accoppiato con fattori di crescita e segnali di matrice nel sito della ferita. Comprendere il controllo del segnale e l'attività cellulare nel sito potrebbe aiutare a spiegare il processo di riparazione della pelle adulta oltre il semplice rattoppare e più come rigenerazione, per valutare la biomeccanica e implementare strategie per la riparazione accelerata delle ferite nella medicina rigenerativa.

Bioingegneri, scienziati dei materiali e scienziati della vita che studiano l'intersezione tra materiali e medicina hanno sviluppato autotrapianti, allotrapianti e xenotrapianti per la guarigione parziale e totale delle ferite. Le limitazioni di queste procedure possono ritardare la guarigione di vaste aree di difetti cutanei ed è un problema clinico significativo nel settore sanitario, a causa del potenziale rischio di antigenicità e trasmissione di malattie. Le strategie di ingegneria tissutale per la rigenerazione della pelle sono un approccio pratico che prevede l'uso di biomateriali bioattivi per l'angiogenesi assistita e una rivascolarizzazione più rapida.
In un recente studio, Sorin Marza e collaboratori presso gli istituti di ricerca interdisciplinare e le facoltà di fisica, bio-nano-scienze, farmacia e medicina, ha sviluppato nanoparticelle bioattive di vetro e oro (BG-AuNPs) per promuovere la crescita del tessuto di granulazione e indurre la guarigione delle ferite. Nello studio, gli scienziati hanno studiato l'impatto dei compositi BG-AuNP come unguento topico per 14 giorni sulla guarigione delle ferite cutanee utilizzando un modello sperimentale di ratto. Marza et al. sviluppato un sol-gel di BG e compositi BG-AuNP miscelati con vaselina a concentrazioni di 6, 12 e 18 percento in peso (% in peso) per comprendere la risposta riparativa della pelle. Gli scienziati hanno osservato reazioni granulomatose durante il processo di guarigione delle ferite trattate con l'unguento BG-Vaselina. I risultati sono ora pubblicati in Materiali biomedici , Pubblicazione dell'IOP.

angiogenesi, oppure la formazione di nuovi vasi sanguigni dai vasi esistenti è un processo importante durante la rigenerazione della pelle. Il vetro bioattivo è responsabile delle risposte cellulari locali dovute alla degradazione in vivo, stimolando il rilascio di fattori di crescita come VEGF (fattore di crescita endoteliale vascolare) e bFGF (fattore di crescita dei fibroblasti di base) per causare un effetto angiogenico. Una serie di studi sull'ingegneria dei tessuti hanno dimostrato i benefici del vetro bioattivo nella guarigione delle ferite, sulla base dei risultati in modelli animali in vivo. Nel suo principio di azione, gli scienziati hanno riferito che il vetro bioattivo ha stimolato il processo controllando la risposta all'infiammazione per migliorare l'effetto paracrino tra i macrofagi e le cellule riparatrici.

Allo stesso modo, le nanoparticelle d'oro (AuNP) stanno diventando importanti in medicina grazie alle loro proprietà chimiche e fisiche di biocompatibilità, modifica della superficie, stabilità e proprietà ottiche. Nonostante la loro impegnativa traduzione precoce negli approcci di ingegneria tissutale, una bassa concentrazione di AuNPs può stimolare la proliferazione cellulare durante la riparazione delle ferite. Precedenti studi dello stesso gruppo di ricerca hanno mostrato che il vetro bioattivo con AuNPs potrebbe stimolare la proliferazione delle cellule dei cheratinociti umani (HaCaT), che costituiscono dal 95 al 97 percento dell'epidermide sulla superficie della pelle. In questo studio, Marza et al. studiato il potenziale di rigenerazione del tessuto dermico in vivo. Entro il giorno 14, hanno osservato che sia gli unguenti BG che BG-AuNP-Vaselina potrebbero stimolare la completa rigenerazione della pelle in modelli sperimentali di ratto, corroborato da analisi istopatologiche gold standard.

Marza et al. AuNP sferici appena preparati che vanno da dimensioni di 15 nm a 30 nm, confermato utilizzando micrografie al microscopio elettronico a trasmissione (TEM) da incorporare all'interno della matrice di vetro. Utilizzando modelli di diffrazione a polvere di raggi X (XRD) dei campioni di vetro, gli scienziati hanno studiato le strutture amorfe per identificare i centri di cristallizzazione e la firma dell'oro. Gli studi di caratterizzazione per i campioni compositi includevano anche la spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR), che ha fornito spettri tipici per una rete di silicati. Per sviluppare l'unguento per la composizione del vetro, gli scienziati hanno disperso i materiali compositi in polvere nella vaselina. Hanno quindi utilizzato la diffusione dinamica della luce (DLS) per misurare le distribuzioni delle dimensioni delle particelle e confermare la differenza di dimensioni tra le strutture dei campioni BG-Vaselina e BG-AuNP-Vaselina.

Dopo un'ampia caratterizzazione dei materiali, gli scienziati hanno condotto studi di biofunzionalizzazione in vitro con colture cellulari di cheratinociti per verificare la biocompatibilità prima di condurre procedure chirurgiche in un modello animale traslazionale. Come prima, Marza et al. ha studiato la proliferazione delle cellule HaCaT su BG-AuNP e ha ottenuto risultati comparabili di buona tolleranza in vitro durante la proliferazione dei cheratinociti su entrambi i materiali (BG e BG-AuNP). I risultati hanno convalidato i compositi per l'uso come unguenti per le indagini in vivo.

Per valutare il potenziale di guarigione di BG e BG-AuNP negli unguenti alla vaselina, Mayer et al. composti formati di 6, Concentrazione del 12 e del 18 percento in peso. Per confronto, gli scienziati hanno usato la vaselina come controllo positivo. Nei modelli di ratto, gli scienziati hanno creato con cura quattro ferite da escissione della pelle replicando con successo un protocollo di chirurgia per piccoli animali precedentemente pubblicato. Hanno usato un metodo specifico su ogni ratto durante l'applicazione dell'unguento; (1) l'escissione in alto a sinistra è stata mantenuta come controllo senza unguento, (2) sull'escissione inferiore sinistra, gli scienziati hanno applicato l'unguento BG-Vaselina, (3) sull'asportazione in alto a destra, hanno applicato la vaselina da sola e (4) sull'escissione in basso a destra, hanno applicato l'unguento BG-AuNP-Vaselina.

Gli scienziati hanno utilizzato 30 ratti nello studio con 10 ratti assegnati a gruppi separati (6% BG-Vaselina e BG-AuNPs-Vaselina unguento; 12% BG/BG-AuNPs-Vaselina; 18% BG/BG-AuNPs-Vaselina). Il protocollo di lavoro era lo stesso per ogni gruppo. Dopo l'applicazione dell'unguento, gli scienziati hanno aggiunto bende sterili ai siti della ferita sui ratti per prevenire l'infezione della ferita dopo l'intervento e hanno somministrato Tramadol per via sottocutanea come analgesico. Entro il giorno 13, le ferite erano chiuse in tutti gli animali. Dopo 14 giorni, hanno eutanasia umanamente gli animali e hanno condotto esami istologici per rivelare lievi reazioni infiammatorie e risposte di guarigione delle ferite nei rispettivi gruppi di animali. In tutti i gruppi, la proliferazione vascolare era da lieve a moderata.

Mayer et al. specificamente osservata guarigione in gran parte completa con epidermide intatta, derma e annessi cutanei nel gruppo BG-AuNPs-vaselina al 18%. Hanno anche osservato una mancanza di proliferazione vascolare per questo gruppo, che hanno attribuito alla guarigione avanzata e al rimodellamento vascolare tardivo. In questo modo, Mayer et al. Unguenti di vaselina a base di nanoparticelle di vetro e oro bioattivi ampiamente caratterizzati e stabiliti come materiali promettenti per la guarigione delle ferite. Il team di ricerca condurrà ulteriori studi per ottimizzare l'unguento per la guarigione delle ferite per le indagini nella traslazione da banco a capezzale.

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