Wykorzystanie pola elektrycznego do leczenia ran
Pola elektryczne odgrywają ważną rolę w różnych procesach zachodzących w organizmie, w tym w zakresie stymulowania rozwoju i cyklu życia tkanek oraz rozwoju zarodkowego. W przypadku skaleczenia skóry pola elektryczne powstają w sposób naturalny na skutek wymiany jonów między raną a nieuszkodzoną skórą. Nowe narzędzia i metody badania stymulacji polem elektrycznym bezpośrednio w tkance ludzkiej mogą pomóc w opracowaniu nowych zastosowań klinicznych. Zespół projektu SPEEDER, finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, postanowił wypełnić tę lukę w wiedzy, sprawdzając, czy można wykorzystać pola elektryczne do leczenia złożonych ran. „Z zadowoleniem odkryliśmy, że przynajmniej w naszym modelu gojenia się ran na chipie rany nabłonka goją się do trzech razy szybciej po zastosowaniu stymulacji”, mówi Maria Asplund, profesor materiałów i systemów elektronicznych na Uniwersytecie Technologicznym Chalmers w Szwecji i koordynatorka projektu SPEEDER.
Badanie elektrotaksji
Zespół SPEEDER skupił się na specyficznej interakcji niektórych komórek nazywanej elektrotaksją, która oznacza dopasowanie migracji komórek do kierunku pól elektrycznych. „Sądzimy, że kierowanie migracją komórek skóry przez pola elektryczne może pozwolić dość skutecznie wpływać na sposób, w jaki komórki infiltrują rany, zwiększając szanse na szybsze odrastanie nabłonka pokrywającego otwartą ranę”, tłumaczy Asplund. Wykorzystanie pól elektrycznych do przyspieszenia gojenia się ran byłoby szczególnie przydatne w przypadku osób starszych – zwłaszcza tych z chorobami współistniejącymi, takimi jak cukrzyca lub urazy rdzenia kręgowego – u których często rany goją się gorzej. Nawet niewielkie skaleczenia mogą przekształcić się w rany przewlekłe, co ma poważne skutki zarówno dla samego pacjenta, jak i całego społeczeństwa – na przykład opieka nad ranami przewlekłymi pochłania około 2% budżetu szwedzkiej służby zdrowia.
Opracowywanie chipów fluidycznych
Zespół SPEEDER opracował nową koncepcję elektrody, która pozwala stosować stymulację polem elektrycznym bezpośrednio do ludzkiej tkanki w biokompatybilny i trwały sposób, a jednocześnie oznacza się niskimi kosztami. Aby przetestować te materiały i koncepcję, naukowcy zbudowali w laboratoriach skomplikowane środowiska mikroprzepływowe (chipy fluidyczne), w których mogli stymulować różne komórki skóry i komórki tworzące warstwy nabłonka. „Co prawda nie zajęliśmy się jeszcze ludzkimi tkankami, ale interesującym pomysłem byłoby zbudowanie podobnych środowisk do stymulacji tkanki mózgowej”, dodaje Asplund. „W ten sposób moglibyśmy badać, w jaki sposób rodzaj przezczaszkowej stymulacji mózgu działa na cały wycinek tkanki mózgowej”. Wyniki tych eksperymentów zostały ostatnio opublikowane w czasopiśmie „Lab on a Chip”. Zespół pracuje teraz nad zastosowaniem tych odkryć do ludzkiej skóry. Inne odkrycie zespołu dotyczy tego, że stymulacja może zrekompensować osłabione gojenie się ran w komórkach cukrzycowych, a wyniki te opisano na początku tego roku również w czasopiśmie „Lab on a Chip”.
Wspólne badania nad naprawą rdzenia kręgowego
„W bardziej ogólnym ujęciu rozumiemy teraz znacznie więcej na temat stymulacji prądem stałym i tego, jak różne materiały mogą ze sobą współdziałać, aby system mógł być biokompatybilny”, mówi Asplund. „Obecnie badamy ją pod kątem leczenia ran, ale także innych procesów regeneracyjnych, w tym stymulacji prądem stałym w celu regeneracji rdzenia kręgowego”. Prace te prowadzone są wspólnie z zespołem z Nowej Zelandii, z wykorzystaniem koncepcji materiałów opracowanych w projekcie SPEEDER. „Jesteśmy bardzo ciekawi, czy regeneracja stymulowana prądem stałym jest pożyteczna także w tym przypadku”, mówi Asplund. „Często bada się ją na tkankach z hodowli, ale teraz mamy sposobność przeprowadzenia prób na prawdziwej tkance”.
Słowa kluczowe
SPEEDER, rana, gojenie, elektryczne, pola, tkanka, chipy fluidyczne, rdzeń kręgowy, naprawa