Les chercheurs développent un système bioélectronique portable pour administrer une thérapie de cicatrisation des plaies

Dans une étude récente publiée dans Rapports scientifiquesLes chercheurs ont présenté un système bioélectronique portable permettant d’administrer des agents thérapeutiques associés à la cicatrisation des plaies.

arrière-plan

La production de produits bioélectroniques portables est une technologie viable pour améliorer l’administration des traitements. Ces systèmes peuvent fournir en continu des ions, des molécules biologiques chargées et du courant électrique à plusieurs fins médicales. D’un autre côté, le prototypage rapide de dispositifs bioélectroniques portables pour l’administration structurée de traitements spécifiques avec une évolutivité suffisante est un défi.

À propos de l’étude

Dans cette étude, les chercheurs ont développé un système portable pour administrer une thérapie bioélectronique orientée vers la cicatrisation des plaies.

Le système se compose d’un dispositif d’administration de diméthylsiloxane (PDMS) imprimé en 3D et intégré à une carte de circuit imprimé (PCB). Le PCB et le PDMS ont tous deux des emplacements identiques avec des broches de connexion métalliques recouvertes d’époxy argenté, permettant une intégration physique et électrique. Le système modulaire comprend des réservoirs contenant une solution, des électrodes implantées et des tubes capillaires remplis d’hydrogels.

L’équipe a présenté trois modèles de PCB : un câblé et les deux autres fonctionnant sur batterie avec ou sans mémoire intégrée. La version filaire du PCB utilisait un contrôleur de tension situé à l’extérieur pour activer l’appareil, tandis que la version alimentée par batterie utilisait une unité de microcontrôleur (MCU) qui permettait d’appliquer des tensions programmées, ainsi qu’un module de veille profonde pour prolonger la durée de vie de la batterie. Un PCB alimenté par des batteries avec mémoire intégrée a été utilisé pour documenter les courants délivrés, permettant ainsi de vérifier la dose thérapeutique délivrée.

Les appareils ont délivré des ions hydrogène dans des modèles de souris C57B6 et de type sauvage In vivoLa fluoxétine a été administrée à l’aide d’environnements de plaie simulés ex vivo. Le PDMS a été utilisé comme pont entre des échantillons biologiques tels qu’un site de plaie et des composants électriques modèles. Une fois qu’une tension positive a été appliquée aux électrodes de référence (RE) et de travail (WE), les ions médicamenteux ont été aspirés à travers l’électrode de travail jusqu’au site de la plaie en remplacement des ions sodium d’origine dans l’électrode de référence.

Chaque PCB comprend quatre chemins de pilote où le courant peut être mesuré en connectant des résistances en parallèle avec les tensions fournies via le MCU ou un contrôleur externe. Le système filaire repose sur la connexion du PCB à un contrôleur de tension externe et comprend des assemblages de conception assistée par ordinateur (CAO) pour les sous-systèmes PDMS et PCB.

Le dispositif PDMS contient quatre réservoirs pour contenir des solutions aqueuses, des trous traversants pour supporter des colonnes cylindriques pour la communication électrique et mécanique avec le PCB, des capillaires remplis d’hydrogel pour la communication avec le lit de la plaie et une fente saillante conçue pour s’asseoir dans la plaie en retrait. lit.

résultats

La méthode d’assemblage permet l’échange de composants de sous-systèmes, tels que différentes conceptions de PCB et solutions de réservoir. La coloration immunohistochimique a révélé une amélioration de 36 % du rapport M1/M2 de H⁺Plaies traitées comparées aux plaies témoins, démontrant que la plateforme peut favoriser la réparation des plaies.

En particulier, le dispositif peut fournir en continu des biomolécules, des ions et des champs électriques chargés au corps. In vivo à coté ex vivo Paramètres. Cette technologie autonome peut être étendue pour servir de composant d’une plateforme d’administration de médicaments portable en boucle fermée. En raison de la modularité du processus d’intégration, la structure du dispositif PDMS est restée inchangée tandis que le PCB a été mis à niveau pour atteindre différents degrés de capacité du système. La plate-forme peut délivrer des ions lorsqu’elle est utilisée sous une forme portable avec des plaies bouclées de pleine épaisseur sur des modèles de souris comme preuve de concept.

Les chercheurs ont démontré la biocompatibilité des dispositifs en contact avec la plaie. La fabrication d’un corps de dispositif en polydiméthylsiloxane et sa connexion à un PCB constituent une méthode fiable et évolutive pour produire des dispositifs bioélectroniques. Les dispositifs ont été efficacement adaptés aux plaies des souris et activés pour administrer H+, et sont restés intacts et fonctionnels tout au long de l’expérience. L’efficacité globale de la livraison H+ a été estimée à 22 %.

La mise à niveau du système alimenté par batterie a permis des périodes de fonctionnement plus longues et des doses de traitement cumulées plus élevées. Les résultats ont montré que la technologie a réussi à stimuler les cellules phagocytaires, essentielles à la cicatrisation des plaies. Les résultats de la coloration immunohistochimique ont révélé que le rapport M1/M2 de H⁺– Les plaies traitées étaient en moyenne 36 % plus petites que les plaies témoins.

Un faible rapport macrophages M1/M2 indique une augmentation relative des macrophages M2 dans les plaies traitées, qui sont connus pour favoriser la cicatrisation des plaies grâce à la réparation et à la régénération des tissus. Les résultats ont montré que le système de batterie doté de la mémoire pouvait fournir une biomolécule chargée (fluoxétine) en continu pendant sept heures. Des fils Ag et AgCl comme WE et RE, respectivement, sont utilisés pour configurer l’appareil.

Conclusions

Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont montré que l’architecture de la plateforme permet un remplacement de composants personnalisable tandis que la fabrication fournit une procédure reproductible et évolutive, ce qui en fait un outil flexible pour une variété d’applications thérapeutiques. De plus, à l’aide de modèles murins, nous démontrons le potentiel du système bioélectronique portable modulaire proposé pour favoriser la cicatrisation des plaies via l’administration de H+. In vivo.

La coloration immunohistochimique l’a révélé In vivo Les plaies traitées avec H+ fourni par le dispositif fonctionnant sur batterie présentaient un rapport M1/M2 36 % plus élevé que les plaies témoins. En outre, la capacité du système à distribuer en continu des biomolécules chargées pendant sept heures ex vivo a révélé le potentiel d’une administration thérapeutique à long terme.