Tow-Int Tech facilita la ricerca sulla guarigione delle ferite da decubito: Il viaggio innovativo di un nuovo bendaggio in idrogel

Rui Lei e altri hanno sviluppato un bendaggio idrogel iniettabile per le ferite ipossiche del plateau, che può migliorare la guarigione e offrire nuove modalità di trattamento.

La guarigione delle ferite nelle aree degli altopiani rappresenta una sfida importante in campo medico. I metodi tradizionali di trattamento delle ferite sono poco efficaci nel particolare ambiente degli altopiani. Recentemente, ricercatori come Rui Lei e Mingbao Gu hanno scritto l'articolo "Lipoic Acid/Trometamol Assembled Hydrogel as Injectable Bandage for Hypoxic Wound Healing at High Altitude", che è stato pubblicato sulle relative piattaforme. Questo studio mirava a sviluppare un bendaggio idrogel iniettabile adatto alle ferite ipossiche nelle zone di alta quota e ad esplorarne le prestazioni e i meccanismi molecolari nel promuovere la guarigione delle ferite. È emerso che questo bendaggio idrogel può migliorare efficacemente la situazione della guarigione delle ferite, fornendo nuove soluzioni e direzioni di ricerca per il trattamento delle ferite nelle aree dell'altopiano.

1. Background della ricerca

La guarigione delle ferite nelle aree dell'altopiano è difficile. L'ambiente climatico rigido con bassa pressione dell'aria, scarsa quantità di ossigeno, freddo e l'ambiente geografico unico degli altopiani che altera le funzioni fisiologiche e il metabolismo del corpo umano portano a problemi come la liquefazione del grasso, l'ematoma della ferita e la mancata guarigione delle ferite. La grave ipossia è uno dei fattori che influenzano la guarigione delle ferite nelle aree degli altopiani. Lo sviluppo di bendaggi in grado di integrare l'ossigeno per promuovere la guarigione delle ferite ha un grande valore clinico ed economico. α - L'acido lipoico (LA) ha ricevuto attenzione nelle applicazioni biomediche. Tuttavia, l'idrogel di poli(acido lipoico) (PLA) formato dalla sua polimerizzazione è difficile da iniettare a causa della sua elevata viscosità e della forte adesione. Lo sviluppo di un bendaggio idrogel iniettabile a base di PLA è molto impegnativo.

2. Metodi sperimentali

2.1 Animali sperimentali e raggruppamento

Per l'esperimento sono stati selezionati ratti SD, suddivisi in tre gruppi: il gruppo GEL, in cui la ferita è stata iniettata con l'idrogel assemblato; il gruppo GEL + NIR, in cui la ferita è stata iniettata con l'idrogel assemblato e poi irradiata con il vicino infrarosso (NIR); e il gruppo BLANK, in cui la ferita è stata trattata solo con emostasi.

2.2 Realizzazione di un modello di trauma ad alta quota

Metodo di creazione del modello: In un esperimento animale con sistema di controllo dell'ambiente a bassa pressione di ossigeno, sono state praticate sul dorso di ratti SD anestetizzati, rasati e disinfettati tre incisioni lunghe 2 cm per creare un modello di ferita.

2.3 Indicatori di rilevamento

Indicatori di prestazione relativi all'idrogel: È stato utilizzato un reometro per testare la relazione modulo-frequenza, la scansione della deformazione, la variazione della viscosità con la velocità di taglio e il comportamento di auto-guarigione dell'idrogel. La teoria funzionale della densità è stata utilizzata per studiare la struttura e l'energia di legame dei complessi formati da LA e trometamolo. Sono state testate le prestazioni di conversione fototermica dell'idrogel. Sono state eseguite prove di trazione per ottenere la deformazione da frattura, il modulo elastico e la tenacità dell'idrogel. Sono stati condotti test di lappatura per valutare le prestazioni di adesione dell'idrogel ed è stata rilevata la capacità dell'idrogel di generare ossigeno.

Indicatori relativi alla guarigione delle ferite: Le colorazioni H&E e Masson sono state eseguite sulle ferite per osservare i cambiamenti istologici. La colorazione in immunofluorescenza è stata utilizzata per rilevare l'espressione del fattore inducibile dell'ipossia - 1α (HIF - 1α), dell'interleuchina - 1β (IL - 1β) e dell'interleuchina - 4 (IL - 4) nelle ferite.

2.4 Analisi statistica

Ogni misurazione si è basata sull'analisi ripetuta di almeno tre esperimenti indipendenti. I risultati quantitativi sono stati espressi come media ± deviazione standard. Per evidenziare le differenze statistiche è stata utilizzata l'analisi della varianza a una via (ANOVA) e p < 0,05 è stato considerato statisticamente significativo.

3. Risultati sperimentali

Gelificazione e prestazioni dell'idrogel: Il LA e il trometamolo hanno potuto gelificare rapidamente entro 5 minuti a temperatura ambiente in uno specifico rapporto molare. L'aggiunta di Ce³⁺ ha accelerato la gelificazione fino a 2 minuti. L'idrogel con l'aggiunta di DA e g-C₃N₄ nanosheets aveva una funzione fototermica. Dopo l'irradiazione NIR, il LA si è polimerizzato e le proprietà meccaniche e di adesione dell'idrogel sono state migliorate.

Proprietà meccaniche: Il Ce³⁺ poteva accelerare la polimerizzazione del LA e formare una rete fisica. A bassi contenuti, ha migliorato le proprietà meccaniche dell'idrogel, mentre ad alti contenuti le ha diminuite. Il DA ha partecipato alla polimerizzazione del LA. A bassi contenuti, il suo effetto sulle proprietà meccaniche era complesso, mentre ad alti contenuti aumentava il modulo elastico e la tenacità e diminuiva la deformazione da frattura. I nanosheet di g-C₃N₄ potevano migliorare le proprietà meccaniche dell'idrogel.

Proprietà di adesione: Il bendaggio GEL(LA/DA/Ce³⁺/g-C₃N₄) presentava una forte adesione a vari substrati e tessuti. La sua forza di adesione è stata influenzata dal contenuto di Ce³⁺, DA e g-C₃N₄ nanosheets. La DA potrebbe migliorare la stabilità dell'adesione e l'efficacia a lungo termine.

Effetto di guarigione delle ferite: Il bendaggio in GEL(LA/DA/Ce³⁺/g-C₃N₄) combinato con l'irradiazione NIR potrebbe promuovere efficacemente la guarigione della ferita, ridurre l'espressione di HIF - 1α, regolare l'espressione dei fattori infiammatori e creare un microambiente favorevole alla guarigione della ferita.

4. Conclusioni della ricerca

Il LA poteva gelificare rapidamente con l'aiuto del trometamolo per formare un idrogel elastico, dotato di iniettabilità e plasticità. L'irradiazione NIR può innescare la polimerizzazione del LA e migliorare la coesione dell'idrogel. Il bendaggio idrogel contenente Ce³⁺, DA e PDA - rivestito di g-C₃N₄ aveva buone proprietà meccaniche e di adesione ed era in grado di promuovere efficacemente la guarigione della ferita in un ambiente a bassa pressione di ossigeno, fornendo una nuova opzione per il trattamento delle ferite nelle aree di altopiano.

5. Nel processo di ricerca è stata utilizzata una varietà di apparecchiature per la ricerca scientifica.

5.1 Reometro

È stato utilizzato per testare le proprietà reologiche dell'idrogel. Il tempo di gelificazione è stato determinato osservando che la soluzione di idrogel non scorreva quando veniva capovolta. Sono stati eseguiti sweep di frequenza per verificare la relazione modulo-frequenza dell'idrogel. Sono stati eseguiti sweep di deformazione per analizzare le variazioni di prestazione dell'idrogel sotto diverse deformazioni. È stato testato il comportamento di assottigliamento al taglio dell'idrogel ed è stato valutato il comportamento di auto-guarigione dell'idrogel.

5.2 Imager termico a infrarossi

È stato utilizzato per testare le prestazioni di conversione fototermica dell'idrogel. Durante l'irradiazione continua per 10 minuti di campioni di idrogel con diverse concentrazioni di dopamina mediante un laser a 808 nm nel vicino infrarosso, sono state registrate le variazioni di temperatura e le immagini termiche dell'idrogel per valutarne l'effetto fototermico.

5.3 Macchina di prova universale

È stata utilizzata per eseguire prove di trazione sull'idrogel. Analizzando la curva sforzo-deformazione, sono stati ottenuti parametri come la deformazione da frattura e il modulo elastico dell'idrogel, ed è stata calcolata la tenacità dell'idrogel.

5.4 Lettore di micropiastre

Nel test di biocompatibilità in vitro, è stato utilizzato per misurare l'assorbanza dei pozzetti di coltura cellulare a 450 nm. Dopo che il reagente CCK-8 ha reagito con le cellule, il lettore di micropiastre ha rilevato l'assorbanza per valutare l'effetto dell'idrogel sulla proliferazione cellulare e quindi giudicare la biocompatibilità dell'idrogel.

5.5 Microscopio a fluorescenza invertita

Utilizzato insieme al kit di vitalità/citotossicità LIVE/DEAD, è stato impiegato per osservare la vitalità delle cellule. Nel test di biocompatibilità in vitro, le cellule coltivate con l'idrogel sono state colorate e le cellule vive (fluorescenza verde) e morte (fluorescenza rossa) sono state osservate al microscopio a fluorescenza invertito per valutare intuitivamente la citotossicità dell'idrogel sulle cellule.

5.6 Esperimento sugli animali Sistema di controllo dell'ambiente di ossigeno a bassa pressione (ProOx - 811, Tow - Int TECH)

È stato utilizzato per simulare l'ambiente a bassa pressione di ossigeno dei plateau, allevare e sperimentare su ratti SD. Nell'esperimento in vivo di guarigione delle ferite, è stato creato un ambiente a bassa pressione di ossigeno in questo sistema per studiare l'effetto del bendaggio idrogel sulla guarigione delle ferite in condizioni simili di bassa pressione di ossigeno nelle aree di plateau.

Questo studio ha utilizzato il sistema di controllo dell'ambiente ipobarico per esperimenti sugli animali (Tow-Int Tech):

Questa apparecchiatura può simulare un'altitudine compresa tra 0 e 12.000 metri. Il sistema può completare automaticamente i processi di depressurizzazione, stabilizzazione della pressione e pressurizzazione. Può controllare con precisione la velocità di salita in quota, l'altitudine mantenuta, la durata e la velocità di discesa in quota. Può monitorare la temperatura, l'umidità, la concentrazione di ossigeno, la pressione parziale dell'ossigeno, la concentrazione di anidride carbonica, la pressione all'interno della camera e l'altitudine simulata. Dispone di una funzione di esportazione dei dati, che possono essere memorizzati direttamente su una chiavetta USB e letti su un computer. È dotato di una speciale bottiglia d'acqua a prova di gocciolamento per evitare di sgocciolare durante l'esperimento con una normale bottiglia d'acqua, soddisfacendo diverse esigenze sperimentali.

Questa apparecchiatura può essere utilizzata per simulare le comuni malattie acute da alta quota, come l'edema cerebrale da alta quota, l'edema polmonare da alta quota e le malattie cardiache da alta quota. Può anche simulare malattie croniche da alta quota, come la policitemia e le malattie cardiovascolari.

Riferimento

Lei R, Gu M, Li J, et al. Idrogel assemblato di acido lipoico/trometamolo come bendaggio iniettabile per la guarigione di ferite ipossiche ad alta quota[J]. Chemical Engineering Journal, 2024, 489: 151499.

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