C’è una “spia” nel ventre, ed è un cerotto con funzioni di sensore

Per garantire che le ferite rimangano ben sigillate nell’addome dopo un intervento chirurgico, i ricercatori del Laboratorio Federale di Prova dei Materiali e di Ricerca di San Gallo e del Politecnico Federale di Zurigo hanno sviluppato un cerotto con funzioni di sensore.
La bendatura polimerica avverte prima che si verifichino pericolose perdite dalle suture nel tratto gastrointestinale e chiude le aree da solo.
Non soltanto: un nuovo materiale consente ora una diagnosi rapida, semplice e non invasiva delle perdite.
Il team di lavoro ha recentemente pubblicato i propri risultati sulla prestigiosa rivista “Advanced Science”.

Un inedito cerotto sintetico per sigillare le ferite interne

Quell’antico timore di perdite in corrispondenza delle suture a contatto del tratto digestivo

Dopo un intervento chirurgico nella cavità addominale, ad essere particolarmente temute sono le perdite in corrispondenza delle suture, dove il contenuto del tratto digestivo può riversarsi nell’addome.
“Ancora oggi, tali perdite sono una complicazione potenzialmente letale”, spiega Inge Herrmann, ricercatrice dell’EMPA e professoressa di Sistemi Nanoparticellati all’ETH.
L’idea di sigillare il tessuto suturato nella cavità addominale con un cerotto è già arrivata nelle sale operatorie.
Il problema è che il successo clinico non è sempre garantito e varia a seconda dell’adesione del tessuto.
Questo perché i cerotti in materiale proteico si dissolvono troppo rapidamente quando entrano in contatto con i succhi digestivi.
Motivati da questo problema, Inge Herrmann e Andrea Schlegel, quest’ultimo chirurgo dell’Ospedale Universitario di Zurigo, hanno perseguito l’idea di sviluppare una soluzione nuova e innovativa.

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Come Insegnare al cerotto a “vedere” per evitare peritoniti o avvelenamenti del sangue

Affrontando la sfida sotto la guida della Herrmann, Alex Anthis del Laboratorio Interazioni Particelle-Biologia dell’EMPA a San Gallo e del Laboratorio di Ingegneria dei Sistemi delle Nanoparticelle del Politecnico di Zurigo ha dapprima sviluppato un cerotto in idrogel polimerico che impedisce ai succhi digestivi altamente acidi e ai residui di cibo carichi di germi di fuoriuscire dal tratto digerente e di scatenare peritoniti o addirittura avvelenamenti del sangue come la sepsi, potenzialmente letali.
I ricercatori dell’EMPA hanno voluto però compiere un ulteriore passo in avanti: “I chirurghi ci hanno detto che tengono sotto controllo il campo operatorio anche durante gli interventi più complicati, ma che non appena la cavità addominale viene chiusa, sono ‘ciechi’ e possono accorgersi delle perdite soltanto quando è troppo tardi”, spiega Anthis.
Affinché il cerotto in idrogel “impari a vedere”, il team svizzero di lavoro ha collaborato con ospedali all’interno del Paese e con partner di ricerca internazionali per sviluppare una soluzione.
Il cerotto è dotato di sensori non elettronici, che danno già un “allarme” affidabile prima che i succhi digestivi possano fuoriuscire nella cavità addominale.
I ricercatori hanno presentato questa nuova tecnologia sulla famosa rivista specializzata “Nature Communications”.

Una benda rilascerà il farmaco soltanto alle ferite infette

Il succo gastrico a pH acido dà bolle di gas sulle bende interne visibili con gli ultrasuoni

Il nuovo materiale consente la “visione” di ciò che succede attraverso una reazione sensibile alle variazioni del valore del pH e alla presenza di alcune proteine in prossimità della ferita.
A seconda della posizione della perdita, la reazione avviene in pochi minuti o in poche ore.
Finora, gli operatori sanitari hanno dovuto affidarsi alle reazioni fisiche delle persone colpite o a test di laboratorio, che si effettuano solitamente molto più dopo.
Entrambe le indicazioni possono arrivare troppo tardi per fornire una chiara indicazione di una perdita.
Il cerotto con sensore, invece, grazie alla sua struttura composita, permette di rilevare il liquido digestivo che fuoriesce in caso di perdita.
Ad esempio, il succo gastrico a pH acido reagisce con il materiale del sensore in modo che nella matrice del cerotto compaiano sottili bolle di gas.
E tali bolle possono essere visualizzate con gli ultrasuoni.
“I cerotti possono essere dotati di sensori su misura per le diverse parti del tratto digestivo”, spiega ancora Anthis.
Inoltre, la benda interna può anche rilasciare farmaci, se necessario, come agenti antibatterici.

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Un sensore dalla forma cangiante sotto TC grazie all’impiego dell’ossido di tantalio

Nel loro ultimo sviluppo, Benjamin Suter, ricercatore dell’EMPA e del Politecnico di Zurigo, insieme ad Anthis e Herrmann, ha dotato il cerotto di ulteriori capacità.
La risposta del sensore ora comporta anche un cambiamento visibile durante l’esame del paziente con la tomografia computerizzata (TC).
Se il sito operato presenta una perdita, le deviazioni del contrasto sulle immagini ecografiche e della TC indicano la presenza di una perdita.
Questo rilevamento è facilitato anche dalla nuova composizione del materiale del sensore integrato che, grazie a un composto insolubile di ossido di tantalio, può essere modellato in una forma adatta che risulti evidente nel processo di imaging.
A contatto con il liquido digestivo, cambia la sua forma, ad esempio da circolare ad anulare.
“In futuro, un sensore la cui forma si distingue chiaramente dalle strutture anatomiche nelle immagini TC e ad ultrasuoni, potrebbe ridurre l’ambiguità della diagnostica di perdite imminenti”, spiega ancora Inge Herrmann, leader dell’équipe di studio.

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Anche una “supercolla” biocompatibile ed economica che aiuta a cicatrizzare la ferita

Inoltre, il materiale stesso è dotato delle proprietà necessarie per la chiusura della ferita: un legame stabile con il tessuto, la formazione di reti e la stabilità contro i fluidi digestivi.
In questo modo, la supercolla biocompatibile ed economica, costituita in gran parte da acqua, potrebbe non soltanto ridurre il rischio di complicazioni dopo un intervento chirurgico addominale, ma anche abbreviare le degenze ospedaliere e risparmiare sui costi sanitari.
“Il progetto del cerotto intestinale sta già suscitando un grande interesse da parte della classe medica”, riferisce la Herrmann.
“Ora è importante far progredire l’applicazione dell’innovazione clinicamente rilevante nella pratica”.

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Premi ripetuti e il lancio della startup Veltist per il giovane studioso Alexandre Anthis

Il team di ricerca sta attualmente fondando una start-up, Veltist.
Come spin-off del Politecnico Federale di Zurigo e dell’EMPA, la futura azienda Medtech mira a sviluppare e immettere sul mercato materiali destinati a contribuire a una chiusura ottimale delle ferite e a una migliore guarigione in chirurgia, aiutando così a evitare le temute complicazioni di sepsi o peritonite.
Oltre al “Premio MaP 2022” dello stesso ETH per la migliore tesi di laurea nel campo dei materiali e dei processi, Alexandre Anthis ha ricevuto anche una delle ambite “Borse di Studio per Pionieri” del Politecnico Federale di Zurigo e il “Premio di Ricerca 2021” dell’EMPA.

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