Vista ingrandita della parte inferiore di un cerotto con microaghi. Il cerotto utilizzato nel nostro studio era di 1,0 cm x 1,0 cm con una serie di aghi 11 x 11, ma la dimensione della patch e il numero di aghi possono essere personalizzati. Credito:Istituto Terasaki per l'innovazione biomedica
Il liquido interstiziale è un componente importante dell'ambiente liquido nel corpo e riempie gli spazi tra le cellule del corpo. In contrasto, il sangue circola solo all'interno dei vasi circolatori del corpo ed è composto da cellule del sangue e dalla parte liquida del sangue, plasma. Entrambi i fluidi contengono componenti speciali chiamati biomarcatori, che sono indicatori preziosi della salute del corpo. Questi biomarcatori includono vari tipi di molecole come proteine, ormoni o DNA, e può includere anche farmaci e metaboliti.
Durante il monitoraggio della salute del paziente, la fonte standard per la misurazione dei biomarcatori è il sangue. I campioni vengono prelevati mediante puntura venosa, il più delle volte dall'avambraccio o dalle vene della mano. Occasionalmente ci sono problemi nel prelievo di sangue quando le vene sono soggette a collasso, o quando sono molto piccoli o difficili da individuare. Ancora altri problemi possono verificarsi quando le vene "rotolano" o si spostano da un lato all'altro. E come in ogni procedura che comporta una ferita alla pelle, c'è sempre il rischio di infezione che si introduce. I problemi si aggravano quando ai pazienti viene richiesto di inviare più campioni nel tempo.
Per aggirare questi problemi, e per apportare miglioramenti nel monitoraggio della salute dei pazienti, gli scienziati si sono rivolti a fonti alternative per ottenere campioni per il test dei biomarcatori. Il liquido interstiziale è una scelta ideale per questo scopo. Offre un vantaggio rispetto al sangue in quanto serbatoio per determinati farmaci sito-specifici e farmaci in uno stato più attivo. Ed è una ricca fonte di biomarcatori, metaboliti e farmaci terapeutici, trovato in abbondanza appena sotto lo strato più esterno della pelle. Per queste ragioni, i ricercatori hanno escogitato modi per accedere a questa fonte.
Un metodo su cui si è recentemente concentrato è l'uso di cerotti con microaghi. Tali cerotti sono fabbricati con materiali che assorbono liquidi che sono modellati in un cerotto, con una serie di minuscoli microaghi lunghi circa 600 micrometri, circa la lunghezza di un granello di sale. Il cerotto viene quindi applicato direttamente sulla pelle per un periodo di tempo specificato, il liquido interstiziale viene aspirato nel cerotto, e il cerotto viene quindi rimosso ed elaborato per raccogliere il fluido.
Rappresentazione schematica del processo di estrazione utilizzando il cerotto a microaghi. A) Il cerotto con microaghi viene applicato sulla pelle. B) Sezione trasversale dello strato esterno della pelle con il liquido interstiziale e i metaboliti (cerchi) sottostanti. Il cerotto viene premuto contro la pelle, gli aghi penetrano nello strato interstiziale e il fluido viene assorbito negli aghi. C) Il cerotto viene rimosso e posto in una provetta con acqua deionizzata. I metaboliti si diffondono nell'acqua e la provetta viene centrifugata per separare gli aghi. Credito:Khademhosseini lab
Un gruppo di ricerca guidato da Ali Khademhosseini, dottorato di ricerca, il Direttore e CEO dell'Istituto Terasaki, che in precedenza era direttore dell'Università della California, Los Angeles (UCLA) Centro per le terapie minimamente invasive, hanno ideato una tale patch e ottimizzato le condizioni per le sue prestazioni. Questo cerotto con microaghi utilizza un gel costituito da una sostanza chiamata gelatina metacriloile (GelMA), un idrogel con capacità altamente assorbenti e forza dimostrabile. Questa sostanza è stata scelta per queste qualità rispetto ad altri materiali nell'uso precedente, così come per la sua biocompatibilità e la capacità di adattare la sua composizione per ottimizzare le prestazioni.
Il gel è stato modellato in un cerotto con una serie di microaghi in gel solido su una faccia. Il team di Terasaki ha eseguito test approfonditi per determinare la concentrazione ottimale di gel, grado di reticolazione del gel e tempo di reticolazione necessario per produrre un cerotto che fornisca le migliori proprietà di assorbimento, forza dell'ago e penetrazione cutanea. L'efficacia delle capacità fluide del gel patch elimina anche la necessità di realizzare aghi cavi, che semplifica la produzione.
Il team ha condotto studi comparativi sui livelli di farmaco e glucosio misurati da campioni estratti con il cerotto GelMA rispetto al sangue raccolto con mezzi convenzionali e i risultati sono stati altamente comparabili. C'è stato anche un miglioramento nel volume del fluido raccolto con il cerotto GelMA rispetto ad altri cerotti con microaghi.
"È importante raccogliere campioni dai pazienti in modo non invasivo, soprattutto nell'era del COVID, " afferma il Dr. Khademhosseini. "Siamo entusiasti dei microaghi sviluppati qui, poiché aprono modi rapidi per raccogliere campioni di pazienti in modo semplice e indolore".
Il cerotto GelMA sviluppato dal Terasaki Institute offre un miglioramento del design, economicità facilità di produzione, e convenienza; le sue qualità uniche sono state recentemente presentate come storia di copertina in un recente numero di Piccolo .
