Καθώς η γήρανση του πληθυσμού και η αύξηση των ποσοστών διαβήτη οδηγούν σε αύξηση των χρόνιων ελκών, περισσότεροι ασθενείς αντιμετωπίζουν τον κίνδυνο ακρωτηριασμού. Ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Ρίβερσαϊντ έχουν αναπτύξει ένα τζελ που παρέχει οξυγόνο και είναι ικανό να θεραπεύει τραύματα που διαφορετικά θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε απώλεια άκρων.

Πώς η έλλειψη οξυγόνου εμποδίζει την επούλωση

Οι τραυματισμοί που δεν επουλώνονται για περισσότερο από ένα μήνα θεωρούνται χρόνιες πληγές (χρόνια έλκη). Επηρεάζουν περίπου 12 εκατομμύρια άτομα ετησίως σε όλο τον κόσμο. Από αυτά, περίπου ένας στους πέντε ασθενείς θα χρειαστεί τελικά ακρωτηριασμό που θα αλλάξει τη ζωή του.

Το νέο τζελ, που δοκιμάστηκε σε ζωικά μοντέλα, στοχεύει σε αυτό που οι ερευνητές πιστεύουν ότι είναι η βασική αιτία πολλών χρόνιων πληγών: η έλλειψη οξυγόνου στα βαθύτερα στρώματα του κατεστραμμένου ιστού. Χωρίς επαρκές οξυγόνο, οι πληγές παραμένουν σε παρατεταμένη κατάσταση φλεγμονής, επιτρέποντας στα βακτήρια να αναπτυχθούν και στον ιστό να υποβαθμιστεί αντί να αναγεννηθεί.

«Οι χρόνιες πληγές δεν επουλώνονται από μόνες τους», δήλωσε ο Iman Noshadi, αναπληρωτής καθηγητής βιομηχανικής στο UCR, ο οποίος ηγήθηκε της ερευνητικής ομάδας.

«Υπάρχουν τέσσερα στάδια στην επούλωση των χρόνιων πληγών: φλεγμονή, αγγείωση όπου ο ιστός αρχίζει να δημιουργεί αιμοφόρα αγγεία, αναδιαμόρφωση και αναγέννηση ή επούλωση. Σε οποιοδήποτε από αυτά τα στάδια, η έλλειψη σταθερής και συνεπούς παροχής οξυγόνου αποτελεί μεγάλο πρόβλημα», είπε.

Όταν το οξυγόνο από τον αέρα ή την κυκλοφορία του αίματος δεν μπορεί να διεισδύσει αρκετά βαθιά στον τραυματισμένο ιστό, το αποτέλεσμα είναι υποξία, η οποία εμποδίζει την κανονική επούλωση. Η προσέγγιση των ερευνητών για την πρόληψη της υποξίας με ένα τζελ περιγράφεται λεπτομερώς σε ένα άρθρο που δημοσιεύθηκε στο Communications Materials.

Ένα μικροσκοπικό ηλεκτροχημικό εργοστάσιο οξυγόνου

Το μαλακό, εύκαμπτο τζελ περιέχει νερό καθώς και ένα υγρό με βάση τη χολίνη που είναι αντιβακτηριακό, μη τοξικό και βιοσυμβατό. Όταν συνδυάζεται με μια μικρή μπαταρία παρόμοια με αυτές που χρησιμοποιούνται στα ακουστικά βαρηκοΐας, το τζελ μετατρέπεται σε μια μικροσκοπική ηλεκτροχημική μηχανή που διασπά τα μόρια του νερού για να παράγει μια αργή, σταθερή ροή οξυγόνου.

Σε αντίθεση με τις θεραπείες που παρέχουν οξυγόνο μόνο στην επιφάνεια, το τζελ προσαρμόζεται στο μοναδικό σχήμα κάθε πληγής, γεμίζοντας τις ρωγμές όπου τα επίπεδα οξυγόνου είναι συχνά τα χαμηλότερα και ο κίνδυνος μόλυνσης είναι ο υψηλότερος. Πριν στερεοποιηθεί, το υλικό προσαρμόζεται με ακρίβεια στα περιγράμματα του κατεστραμμένου ιστού.

Εξίσου σημαντικό είναι το γεγονός ότι η παροχή οξυγόνου είναι συνεχής. Η αγγείωση μπορεί να διαρκέσει εβδομάδες, οπότε οι σύντομες εκρήξεις οξυγόνου δεν είναι αρκετές. Το νέο σύστημα μπορεί να παρέχει σταθερά επίπεδα οξυγόνου για έως και ένα μήνα, βοηθώντας να μετατραπεί μια πληγή που δεν επουλώνεται σε μια που συμπεριφέρεται όπως μια κανονική πληγή.

Ελπιδοφόρα αποτελέσματα σε ζωικά μοντέλα

Σε δοκιμές σε διαβητικά και ηλικιωμένα ποντίκια, τα οποία επιλέχθηκαν επειδή οι πληγές τους μοιάζουν πολύ με τις χρόνιες πληγές σε ηλικιωμένους ανθρώπους, οι μη θεραπευμένες πληγές δεν επουλώθηκαν και συχνά ήταν θανατηφόρες. Με την εφαρμογή και την αντικατάσταση του επιθέματος που παράγει οξυγόνο κάθε εβδομάδα, οι πληγές έκλεισαν σε περίπου 23 ημέρες και τα ζώα επέζησαν.

«Θα μπορούσαμε να φτιάξουμε αυτό το έμπλαστρο ως προϊόν όπου το τζελ μπορεί να χρειάζεται να ανανεώνεται περιοδικά», είπε ο Prince David Okoro, υποψήφιος διδάκτορας βιομηχανικής στο εργαστήριο του Noshadi και συν-συγγραφέας της μελέτης.

Η χημική σύνθεση του πηκτώματος προσφέρει ένα επιπλέον πλεονέκτημα. Η χολίνη, ένα βασικό συστατικό, έχει ιδιότητες που βοηθούν στη ρύθμιση του ανοσοποιητικού συστήματος και στην καταπράυνση της υπερβολικής φλεγμονής. Τα χρόνια τραύματα συχνά κατακλύζονται από αντιδραστικά είδη οξυγόνου, τα οποία είναι ασταθή μόρια που βλάπτουν τα κύτταρα και παρατείνουν τη φλεγμονή. Αυξάνοντας το σταθερό οξυγόνο και βοηθώντας ταυτόχρονα στον έλεγχο αυτής της υπερβολικής αντίδρασης του ανοσοποιητικού συστήματος, το πηκτώμα αποκαθιστά την ισορροπία αντί να προκαλεί περαιτέρω στρες.

«Υπάρχουν επίδεσμοι που απορροφούν υγρά και άλλοι που απελευθερώνουν αντιμικροβιακούς παράγοντες», είπε ο Okoro. «Αλλά κανένας από αυτούς δεν αντιμετωπίζει πραγματικά την υποξία, που είναι το θεμελιώδες πρόβλημα. Εμείς το αντιμετωπίζουμε άμεσα».

Πέρα από τις πληγές: Δημιουργία μελλοντικών οργάνων

Οι επιπτώσεις αυτού του έργου εκτείνονται πέρα από την περίθαλψη πληγών. Η έλλειψη οξυγόνου και θρεπτικών ουσιών αποτελεί μείζον πρόβλημα στις προσπάθειες ανάπτυξης ιστών ή οργάνων αντικατάστασης, που είναι ένας από τους πρωταρχικούς στόχους του εργαστηρίου του Noshadi.

«Όταν το πάχος ενός ιστού αυξάνεται, είναι δύσκολο να διαχυθεί σε αυτόν ο ιστός αυτό που χρειάζεται, οπότε τα κύτταρα αρχίζουν να πεθαίνουν», δήλωσε ο Noshadi. «Αυτό το έργο μπορεί να θεωρηθεί ως μια γέφυρα για τη δημιουργία και τη διατήρηση μεγαλύτερων οργάνων για άτομα που τα χρειάζονται».

Υπάρχουν ορισμένοι παράγοντες που προκαλούν την επικράτηση χρόνιων πληγών που δεν μπορούν να επιλυθούν με ένα τζελ. Εκτός από τα αυξανόμενα ποσοστά διαβήτη και τη γήρανση του πληθυσμού, η βιομηχανικός μηχανικός του UCR και συν-συγγραφέας της μελέτης Baishali Kanjilal επισημαίνει και άλλους παράγοντες.

«Ο καθιστικός τρόπος ζωής μας προκαλεί μείωση των ανοσολογικών αντιδράσεων», είπε. «Είναι δύσκολο να φτάσουμε στις κοινωνικές ρίζες των προβλημάτων μας. Αλλά αυτή η καινοτομία αντιπροσωπεύει μια ευκαιρία να μειωθούν οι ακρωτηριασμοί, να βελτιωθεί η ποιότητα ζωής και να δοθεί στο σώμα αυτό που χρειάζεται για να θεραπευτεί».