Un nuovo dispositivo indossabile, grande quanto una garza, permette di raccogliere e analizzare l’essudato di una ferita, fornendo informazioni in tempo reale sul suo stato di guarigione
La funzione di un cerotto o di una benda è, prima di tutto, quella di proteggere una ferita, permettendole di guarire senza interferenze esterne. Ma se fosse anche intelligente, capace di “ascoltare” la ferita e comunicarci in tempo reale a che punto è il processo di guarigione? È l’idea alla base di iCares, un nuovo dispositivo indossabile sviluppato al California Institute of Technology. Grande quanto un comune cerotto, integra un sistema microfluidico in grado di analizzare l’essudato della ferita e di rilevare i primi segnali molecolari di un’infezione giorni prima dei sintomi visibili. Testato su modelli animali e su un piccolo gruppo di pazienti con ferite croniche, iCare potrebbe trasformare la gestione clinica di alcuni tipi di lesione (come quelle nei pazienti diabetici o con problemi vascolari) abbreviando i tempi di guarigione e riducendo gli accessi in ambulatorio. I risultati sono stati pubblicati su Science Translational Medicine.
UNA FINESTRA SULLO STATO DELLE FERITE
Le ferite croniche – ovvero quelle che non mostrano alcuna tendenza alla guarigione anche dopo 8 settimane di cure – rappresentano un’emergenza sanitaria crescente: colpiscono milioni di persone nel mondo e sono particolarmente comuni nei pazienti diabetici o con problemi vascolari. Monitorarle è complesso, perché richiede controlli regolari da parte di personale esperto e l’osservazione diretta non sempre basta a capire cosa accade “dentro” la ferita. Uno dei rischi maggiori è quello di sviluppare infezioni, che rallentano la guarigione e possono danneggiare i tessuti in maniera irreversibile. Spesso la diagnosi avviene troppo tardi, quando i sintomi sono ormai visibili. Ma i segnali molecolari dell’infezione sono presenti già diversi giorni prima della sua manifestazione clinica.
Uno degli strumenti più promettenti per valutare lo stato di guarigione e la presenza di eventuali infezioni è l’essudato, il liquido che viene naturalmente prodotto durante il processo di cicatrizzazione. L’essudato è una vera e propria “finestra” biochimica sullo stato della ferita. Al suo interno, mediatori come il perossido di idrogeno (H2O2), l’ossido nitrico (NO) e l’ossigeno (O2), svolgono ruoli chiave nelle diverse fasi della guarigione. Nelle prime ore dopo una lesione, queste molecole segnalano il richiamo delle cellule immunitarie – come monociti e macrofagi – incaricate di rimuovere detriti e agenti patogeni. In particolare, l’H2O2 agisce come antimicrobico naturale e come “messaggero” per avviare i processi di angiogenesi, cioè la formazione di nuovi vasi sanguigni. L’NO supporta la risposta immunitaria, migliora la circolazione locale e contribuisce alla riepitelizzazione.
Tuttavia, un eccesso di questi mediatori può essere dannoso: concentrazioni troppo elevate di H2O2 o di NO possono amplificare l’infiammazione e rallentare la guarigione, mentre una loro carenza riduce l’ossigenazione dei tessuti e l’efficienza del sistema immunitario. È per questo che monitorarne l’andamento nel tempo può rivelarsi cruciale per intervenire in modo tempestivo e personalizzato, prevenendo complicanze come infezioni o ferite croniche.
L’ANALISI DELL’ESSUDATO: UNA SFIDA APERTA
Raccogliere e analizzare l’essudato, però, non è affatto semplice. A differenza di altri fluidi corporei come il sudore o la saliva, questo esce molto lentamente e in piccole quantità, ed è composto da una miscela complessa di proteine, cellule morte e residui. Questo rende difficile non solo prelevarlo in modo efficace, ma anche analizzarlo senza interferenze.
I dispositivi sviluppati finora, come medicazioni super-assorbenti o microaghi, non riescono a distinguere, ad esempio, tra il liquido appena prodotto e quello accumulato nel tempo, rendendo poco affidabili le informazioni raccolte. Inoltre, proprio per la sua composizione così “densa”, l’essudato è difficile da studiare direttamente sulla ferita, con sensori che spesso si bloccano o danno risultati imprecisi.
UN CEROTTO SMART PER IL MONITORAGGIO
iCares nasce per superare questi limiti. Si tratta di una sorta di cerotto intelligente, composto da una striscia flessibile di polimero biocompatibile stampabile in 3D a basso costo. Questo dispositivo permette di raccogliere e analizzare piccolissime quantità di essudato in tempo reale, direttamente dalla ferita, fornendo informazioni preziose sullo stato di guarigione.
La sua struttura si basa su un’architettura microfluidica a tre moduli. Una membrana Janus, cioè con due lati dalle proprietà opposte (uno superidrofobico e uno superidrofilo), favorisce l’ingresso del fluido senza bisogno di pompe esterne. Questa soluzione aiuta a far fluire solo l’essudato fresco, evitando la contaminazione con liquido stagnante. Un canale a cuneo, ispirato a meccanismi naturali di traporto, guida il fluido in modo controllato verso una griglia di sensori nano-ingegnerizzati, in grado di rilevare i principali indicatori dello stato della ferita: temperatura, pH, NO, H2O2 e l’ossigeno. Un sistema tridimensionale di micropilastri a gradiente si occupa, infine, di allontanare il liquido in eccesso e di impedirne l’accumulo nella zona di analisi, mantenendo il sistema pulito e pronto per nuove misurazioni. Questo consente una valutazione dinamica e continua dei parametri biochimici.
I dati rilevati dai sensori vengono poi trasmessi a una piattaforma esterna attraverso una scheda elettronica riutilizzabile, che consente la comunicazione wireless.
TEST SU TOPI E PAZIENTI UMANI
Nel 2023 i ricercatori hanno pubblicato uno studio che illustra i risultati del dispositivo testato su un modello murino di diabete. Il cerotto intelligente non solo è stato in grado di rilevare in tempo reale informazioni chiave sullo stato della ferita, anticipando la comparsa di sintomi visibili di infezione, ma anche di accelerare il processo di guarigione attraverso l’applicazione controllata di medicinali o di campi elettrici di bassa intensità per stimolare la rigenerazione dei tessuti.
In un secondo momento, i ricercatori hanno condotto uno studio clinico su 20 persone con ferite croniche, che non sono in grado di guarire da sole per via di condizioni come diabete o problemi di circolazione sanguigna. I dati raccolti dal dispositivo, analizzati con l’aiuto di un algoritmo di intelligenza artificiale, hanno permesso di classificare con precisione la gravità della ferita e di prevederne la capacità di guarigione.
iCares può essere prodotto rapidamente, su larga scala e a basso costo, grazie a tecnologie di stampa a getto d’inchiostro, incisione laser e stampa 3D. Questo lo rende un candidato molto interessante per un’applicazione clinica diffusa. La squadra del Caltech prevede infatti di avviare studi clinici su scala più ampia, per validare ulteriormente efficacia e affidabilità del sistema.
Se i risultati saranno confermati, iCares potrebbe rappresentare un nuovo standard per la gestione delle ferite, in ospedale ma anche a domicilio. Questo potrebbe migliorare significativamente le cure, ridurre le complicazioni, personalizzare gli interventi e diminuire il carico per le strutture sanitarie.
