Nowe narzędzie pokazuje, w jaki sposób stymulacja elektryczna wspomaga gojenie
Leczenie ran Newsy Nowe technologie Pod sliderem

Nowe narzędzie pokazuje, w jaki sposób stymulacja elektryczna wspomaga gojenie

Już od dziesięcioleci wiadomo, że stymulacja elektryczna wspomaga gojenie się trudnych ran, takich jak owrzodzenia cukrzycowe czy odleżyny, jednak przyczyny jej skuteczności były dla naukowców tajemnicą – aż to teraz. Nowego odkrycia dokonali naukowcy z South Dakota State University Department of Biology and Microbiology.

Stymulacja elektryczna wciąż nie jest stosowana jako standardowa metoda leczenia ran

– Stymulacja elektryczna sprawia, że komórki szybciej i skuteczniej migrują w kierunku centrum rany – powiedział prof. Mark Messerli z South Dakota State University Department of Biology and Microbiology, College of Natural Sciences.

Prof. Messerli i jego zespół opracowali narzędzie, które przewiduje, jak przebiega migracja oraz w jaki sposób ułożą się komórki. Specjalista wyjaśnił, że zastosowana w terapiach klinicznych stymulacja elektryczna może przyspieszyć leczenie ran przewlekłych, definiowanych jako uszkodzenia skóry, które nie goją się w ciągu 4–8 tygodni, oraz ran istniejących u pacjentów od roku. Oprócz wspierania procesu gojenia, stymulacja elektryczna wspomaga przyjmowanie się przeszczepów skóry, poprawiając wyniki leczenia u ofiar oparzeń. Prof. Messerli zauważył jednak, że dotychczas nie włączono jej do standardowych terapii we wszystkich wymienionych przypadkach.

– Pacjent trafia do różnych placówek medycznych, w których schemat leczenia tej samej rany może okazać się zupełnie inny. Nie istnieje możliwość standaryzacji ani optymalizacji terapii, jeśli wciąż nie wiadomo, w jaki sposób stymulacja elektryczna wspomaga gojenie – powiedział.

„Proces gojenia ran przypomina budowanie ceglanego muru”

Trudno gojące się rany zwykle dotykają osób starszych i chorych na cukrzycę. Prawie 15% pacjentów objętych opieką zdrowotną cierpi z ich powodu, co generuje ogromne koszty – w USA oscylują one nawet wokół 28,1–31,7 miliardów dolarów rocznie, zgodnie z badaniem z 2017 roku. Ze względu na postępujące starzenie się społeczeństwa liczba takich pacjentów oraz koszty opieki nad nimi będą stale rosły – dlatego wiedza dotycząca tego, w jaki sposób elektryczność stymuluje gojenie się ran może znacząco wspomóc systemy opieki zdrowotnej na całym świecie.

– Problematyka gojenia się ran doprowadziła nas do inżynierii tkankowej – powiedział prof. Messerli. – To jak budowanie ceglanego muru. Cegły muszą być starannie wyrównane i spojone zaprawą, aby uzyskać strukturalnie stabilną ścianę. Komórki należy potraktować podobnie – potrzebują one dokładnego ułożenia i złączenia, aby ludzki narząd mógł funkcjonować prawidłowo.

„Funkcjonowanie tkanek i narządów opiera się na polarności komórek”

– W warunkach klinicznych stosuje się stymulację elektryczną do aktywacji neuronów, mięśni i komórek hormonalnych, jednak warto pamiętać, że są to struktury naturalnie wrażliwe na pobudzenie elektrycznością – wyjaśnił prof. Messerli. – Za takie nie uważało się dotąd komórek skóry, jak więc mają one wyczuwać słabsze pola elektryczne niż te wykorzystywane do stymulacji neuronów lub komórek mięśniowych?

Jak wytłumaczył specjalista, naukowcy wiedzą już, że bardzo słabe pola elektryczne polaryzują komórki i powodują ich migrację lub wzrost w kierunku jednego z biegunów elektrycznych.

– Funkcjonowanie tkanek i narządów opiera się na polarności komórek – potrzebujemy tego mechanizmu, aby narząd funkcjonował prawidłowo – dodał.

Ssaki, w tym ludzie, mają coś, co prof. Messerli nazwał „endogennym polem elektrycznym na skórze”. Kiedy dochodzi do uszkodzenia skóry, pole elektryczne staje się prostopadłe do krawędzi rany, kierując komórki do jej środka. Jednak ten potencjał elektryczny u ludzi maleje z wiekiem.

Słabe pole elektryczne powoduje migrację białek na powierzchni komórki do biegunów elektrycznych, w zależności od ich wielkości i ładunku – powiedział. – Pole elektryczne w błonie komórkowej jest większe niż milion woltów na metr; komórki naskórka wyczuwają jednak pola elektryczne nieco mniejsze niż 10 woltów na metr, czyli prawie 100 000 razy słabsze.

Odkrycie to może pozwolić na odbudowywanie narządów z własnych komórek pacjenta

Naukowcy wykorzystali kombinację narzędzi do modelowania matematycznego, obrazowania fluorescencyjnego i bioinformatyki, aby opracować model, którego zadaniem jest przewidywanie, w jaki sposób białka będą się redystrybuować w błonie komórkowej.

– Około 30% białek w ludzkim genomie znajduje się w błonie komórkowej, jednak dotychczas mniej niż 10% z nich wiązano z indukowaną elektrycznie polaryzacją komórkową – zaznaczył prof. Messerli.

Po prześledzeniu redystrybucji wybranego przez zespół białka naukowcy wykorzystali model do przewidzenia, jak zachowają się białka zidentyfikowane przez inne grupy badawcze.

– Model był bardzo bliski przewidywania wyników z wcześniejszych eksperymentów – wyjaśnił prof. Messerli. – Narzędzie prognostyczne pomoże badaczom zidentyfikować białka, które są kluczowe dla polaryzacji elektrycznej, a dzięki temu – zoptymalizować wspomaganie gojenia się ran za pomocą stymulacji elektrycznej.

Dzięki zrozumieniu, w jaki sposób stymulacja elektryczna wspomaga gojenie się ran i przyjmowanie się przeszczepów skóry, naukowcy są bliżsi odkrycia sposobu na odbudowywanie całych tkanek i narządów.

– Zaczynamy od skóry, dwuwymiarowego organu – powiedział prof. Messerli. – Jednak ostatecznie celem jest wykorzystanie własnych komórek pacjentów do budowy trójwymiarowych narządów, których ich ciała nie będą odrzucać. Nasza praca pomaga położyć podwaliny pod polaryzację komórek dowolnej tkanki lub narządu. Tak jak cegły w ścianie są starannie ułożone, musimy robić to samo z komórkami podczas budowania lub odbudowy tkanek i narządów.

Wyniki badań ukazały się w czerwcowym numerze czasopisma „Journal of Theoretical Biology”.

Źródło: Biospace.com

Przeczytaj również: Opatrunki monitorujące ranę i wysyłające impulsy elektryczne zrewolucjonizują gojenie

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *