Disturbi circolatori, il diabete o rimanere nella stessa posizione per lunghi periodi può portare a ferite croniche che non guariscono. Non ci sono quasi nessuna opzione di trattamento efficace. Un team di ricerca in scienze dei materiali dell'Università di Kiel (CAU), insieme ai colleghi del Centro medico universitario Schleswig-Holstein (UKSH), Facoltà di Medicina di Harvard, NOI., e Dankook University in Corea del Sud, ha sviluppato un cerotto per ferite con funzioni di guarigione avanzate che possono essere adattate individualmente a ciascun paziente. Il cerotto stampato in 3D ha proprietà antibatteriche, fornisce alla ferita ossigeno e umidità, e supporta la formazione di nuovo tessuto. Le proprietà sono attivate e controllate dall'irraggiamento. Gli scienziati della scienza dei materiali e della medicina hanno recentemente presentato il loro concetto sulla rivista scientifica Materiali funzionali avanzati , dove è apparso come la storia di copertina.

La base del cerotto di nuova concezione è un idrogel medico. A causa del suo alto contenuto di acqua del 90% e della distanza relativamente ampia sulla microscala, il cerotto può fornire una cura ottimale per le ferite croniche secche. Però, il componente più importante sono le microparticelle di ossido di zinco antibatteriche, che reagiscono alla luce e sono stati sviluppati dai ricercatori di scienza dei materiali a Kiel. Insieme a un team del Brigham and Women's Hospital della Harvard Medical School, Boston, hanno trovato un modo per applicare proteine ​​speciali alle microparticelle. Queste proteine ​​sono attivate con luce verde favorevole alle cellule, e quindi stimolare la formazione di nuovi vasi sanguigni. La migliore circolazione sanguigna dà origine a nuovi tessuti, che permette alla ferita di chiudersi.

"Controllando gli effetti del cerotto con la luce, possiamo adattare il corso e il dosaggio del trattamento alle esigenze individuali dei pazienti, " disse Rainer Adelung, Professore di Nanomateriali Funzionali presso l'Institute for Materials Science dell'Università di Kiel e portavoce del Research Training Group "Materials for Brain". La scienza dei materiali si riferisce a questo come un materiale "intelligente", che reagisce in modo indipendente agli stimoli esterni e può essere controllato da essi. Esistono già cerotti idrogel funzionanti in modo simile, che possono anche essere attivati ​​in modo mirato, ma i loro effetti terapeutici vengono attivati ​​attraverso segnali termici o elettrici. "Però, questi concetti hanno lo svantaggio che anche la ferita si riscalda e gli idrogel iniziano a disintegrarsi, " ha spiegato Adelung.

Il gruppo di ricerca spera che a lungo termine, cliniche possono produrre il suo multifunzionale, patch controllabili stesse utilizzando una stampante 3D, e attivare i cerotti direttamente sui pazienti con molto luminoso, LED verdi. "La forma del cerotto, la concentrazione delle particelle di ossido di zinco e il tipo di proteina possono essere regolati individualmente mediante la stampa 3D, " ha detto il primo autore, il dott. Leonard Siebert, che ha appena completato il suo dottorato di ricerca. su metodi innovativi di stampa 3D presso la Kiel University. Durante un soggiorno di ricerca di diversi mesi presso la rinomata Harvard Medical School di Boston, lo scienziato dei materiali ricercato nel gruppo di lavoro del professor Su Ryon Shin, che produce idrogel medicali utilizzando speciali stampanti 3D biologiche. "Le nostre particelle hanno una forma tetrapodale, cioè sono costituiti da diverse "braccia". Ciò significa che molte delle nostre importanti proteine ​​​​possono essere applicate a loro, ma non passano attraverso gli ugelli di stampa convenzionali, " ha detto Siebert per descrivere una delle sfide del loro approccio. A Boston, ha finalmente sviluppato un metodo per stampare le particelle di ossido di zinco dal suo gruppo di lavoro di Kiel insieme agli idrogel.

Inoltre, gli scienziati dei materiali di Kiel hanno lavorato a stretto contatto con il professor Helmut Fickenscher, specialista in medicina delle infezioni presso la CAU e il Centro medico universitario Schleswig-Holstein (UKSH). Lui e il suo team hanno testato le proprietà antibatteriche del cerotto:lo hanno messo su un biofilm batterico per 72 ore e hanno scoperto che i batteri non proliferano entro un raggio di diversi millimetri attorno al cerotto. "Per questa prova, abbiamo usato due tipici germi della ferita con due strutture completamente diverse:Staphylococcus aureus e Pseudomonas aeruginosa. Il cerotto ha dimostrato un effetto terapeutico per entrambi i tipi fondamentali, che suggerisce un effetto universale, " ha riassunto il dottor Gregor Maschkowitz, microbiologo medico presso l'UKSH. Ulteriori test in vivo sono stati condotti presso l'NBM Global Research Center for Regenerative Medicine della Dankook University, Corea del Sud. I primi risultati indicano anche una buona tollerabilità del cerotto e una migliore guarigione della ferita.

"Questo cerotto è un concetto entusiasmante per la medicina personalizzata, trattare le persone che utilizzano trattamenti personalizzati nel modo più preciso, efficacemente e delicatamente possibile. È un esempio tangibile del promettente potenziale di collaborazione tra medicina e scienza dei materiali, che diventerà sempre più importante in futuro, " ha affermato il professor Fickenscher in merito al progetto di cooperazione interdisciplinare. Ora che i test iniziali hanno dimostrato che il loro concetto funziona bene in linea di principio, i ricercatori vogliono migliorare ulteriormente il controllo usando la luce, in modo che in futuro ai pazienti possa essere offerto un trattamento personalizzato delle ferite ancora più efficace.