Patch-ul viu: ar putea un material inspirat din ceai să ajute la tratarea eczemei?

Pentru milioane de oameni care trăiesc cu dermatita atopică, cunoscută în mod obișnuit sub numele de eczemă, gestionarea acestei afecțiuni poate părea o luptă constantă. Episoadele de agravare sunt imprevizibile, tratamentele existente sunt variate, iar ușurarea este adesea temporară.

În timpul episoadelor de agravare, bacteriile dăunătoare se multiplică rapid, înlocuind microbii benefici care, în mod normal, ajută la menținerea sănătății pielii și la controlul inflamației.

Profesorul Tom Ellis, inginer de genom sintetic la Imperial College London, crede că soluția ar putea proveni dintr-o sursă neobișnuită: un plasture purtabil care este, într-un sens semnificativ, viu.

Colaborând cu colegi din întreaga Europă, Ellis este unul dintre cercetătorii principali ai inițiativei NextSkins, finanțată de Uniunea Europeană, care se desfășoară până în 2027. Echipa de cercetare explorează modul în care materialele vii inginerizate (ELMs) ar putea fi utilizate pentru a crea noi tipuri de tratamente medicale bazate pe microorganisme vii, cum ar fi bacteriile și drojdiile.

Plasture viu

Unul dintre cele mai promițătoare prototipuri ale echipei este un plasture subțire, asemănător pielii. Strat inferior conține proteine inginerizate care detectează enzimele eliberate de bacteriile dăunătoare în timpul unui episod de eczemă. Aceast semnal declanșează celulele de drojdie vii din adâncul plasturelui să producă și să elibereze molecule terapeutice exact acolo unde sunt necesare.

“

Vrem să creăm terapii care să se concentreze doar pe cei răi.

Plasturii pot avea dimensiuni de zeci de centimetri și pot elibera molecule terapeutice pe întreaga suprafață, putând fi adaptați chiar și în mâneci, bandaje sau inserții pentru îmbrăcăminte pentru o acoperire mai extinsă.

Cele mai multe tratamente actuale pentru eczemă sunt unguente topice care adoptă o abordare foarte generală. „Acestea acționează asupra tuturor celulelor și interacționează cu toți microbii de pe piele”, a spus Ellis. „Aceasta nu este ideal, deoarece există multe tipuri diferite de bacterii și ciuperci care trăiesc pe pielea noastră și multe dintre ele sunt benefice.”

Obiectivul cercetătorilor NextSkins este de a dezvolta o terapie care să vizeze microbii dăunători, lăsând intact ecosistemul microbian delicat al pielii, ajutând la restabilirea echilibrului său natural în loc să-l perturbe.

„Vrem să creăm terapii care să se concentreze doar pe cei răi”, a spus Ellis.

Inspirație din kombucha

Inspirația provine din kombucha, băutura fermentată din ceai în care drojdia și bacteriile cresc împreună în mod natural.

Plasturele funcționează prin închiderea celulelor de drojdie vii inginerizate într-o matrice de celuloză bacteriană. În loc să acționeze continuu, celulele inginerizate sunt concepute pentru a detecta semnalele chimice produse atunci când bacteriile dăunătoare asociate cu eczemă încep să domine microbiomul pielii.

„Plasturele purtabil ar detecta semnalele chimice asociate cu un episod de eczemă, iar celulele din plasture ar fi activate și ar elibera agenți terapeutici”, a explicat Marie‑Eve Aubin‑Tam, profesor de bionanosciență la Universitatea Tehnologică Delft din Olanda, care coordonează activitatea NextSkins.

Plasturele este conceput în trei straturi, imitând structura specializată a pielii umane, unde diferite straturi îndeplinesc funcții diferite, cum ar fi percepția, protecția și repararea.

Un strat inferior interacționează cu pielea purtătorului, un strat central hidratat conține celulele vii, iar un strat exterior împiedică materialul să se usuce. În ciuda acestui design stratificat, plasturele final ar avea doar câțiva milimetri grosime și ar fi ușor de purtat.

În timpul fermentației kombucha, microorganismele produc în mod natural un strat gelatinos de celuloză bacteriană pe suprafața lichidului.

„Acest strat este de obicei aruncat de către producătorii de kombucha”, a explicat Ellis. „Noi îl folosim ca mediu în care drojdia inginerizată poate crește.”

O platformă, două materiale

Plasturele pentru eczemă este doar o demonstrație a potențialului mai larg al tehnologiei.

Cercetătorii dezvoltă două materiale foarte diferite din aceeași bază de celuloză bacteriană utilizată în plasturele terapeutic. Prin schimbarea microorganismelor care trăiesc în acea structură, pot oferi fiecărui material proprietăți complet diferite.

„Ne propunem să arătăm cum această matrice poate fi utilizată ca o platformă pentru a găzdui celule sau ecosisteme de celule care comunică între ele, precum și cu mediul, și răspund la semnalele pe care le primesc”, a spus Aubin‑Tam.

Împreună, aceste mici comunități microbiene se comportă oarecum ca țesuturi vii miniaturale, comunicând între ele și răspunzând colectiv la schimbările din mediul lor.

Pe lângă plasturele terapeutic, echipa dezvoltă un compus rezistent și auto-reparator destinat echipamentelor de protecție și obiectelor de zi cu zi care ar putea înlocui într-o bună zi ceramica sau plasticul. Aplicațiile vizate includ căști, valize și huse pentru telefoane.

Deși foarte diferite ca aspect și scop, ambele materiale se bazează pe același principiu fundamental: utilizarea celulelor vii pentru a îndeplini funcții pe care materialele convenționale pur și simplu nu le pot realiza.

Plasturele terapeutic detectează și răspunde. Compusul protector se repară singur, la fel cum pielea se vindecă după o tăietură. În timp ce plasturele trebuie să rămână umed și flexibil, materialul protector este uscat și rigid.

„Folosim doar microbi în munca noastră, dar multe tipuri diferite”, a spus Aubin‑Tam. „Compusul protector se bazează pe bacterii Bacillus. Aceste bacterii pot forma spori, permițându-le să supraviețuiască în condiții dure. Ele rămân dormant în material și pot fi activate atunci când este necesar.”

Încă la începuturi

Din 2022, echipa NextSkins a produs prototipuri timpurii ale ambelor materiale și a inginerizat componentele microbiene necesare pentru a le construi.

Următoarea provocare este combinarea acestor componente și încurajarea diferitelor microorganisme să se organizeze în structurile stratificate care conferă materialelor proprietățile lor unice.

„Prin natura lor, microbii doar vor să crească și să se dividă”, a spus Ellis. „Forțarea lor să se organizeze în straturi este, prin urmare, foarte provocatoare.”

“

Dacă privești organismele vii din perspectiva materialelor, sunt extraordinare.

Cercetătorii au adoptat, prin urmare, o abordare pragmatică, rămânând fideli ideii originale de materiale auto-crescute și auto-organizate, dar explorând în același timp imprimarea 3D pentru a controla mai precis forma.

„Inițial am dorit ca totul să fie auto-crescut”, a spus Aubin‑Tam. „Dar acest lucru limitează materialele deoarece nu putem crea forme complexe 3D.”

Ellis a avertizat că, în ciuda progreselor în domeniul ELM-urilor, utilizarea în lumea reală mai are mult de așteptat.

„Când vine vorba de aplicații în viața reală, suntem încă la începuturi. Acum punem bazele acestei tehnologii.”

O alternativă vie

Un succes aici ar putea extinde materialele vii inginerizate mult dincolo de plasturii purtabili.

„Dacă privești organismele vii din perspectiva materialelor, sunt extraordinare”, a spus Aubin‑Tam. „Ele pot crește, se pot adapta la stimuli, se pot vindeca singure și chiar se pot mișca.”

Ambii, Aubin‑Tam și Ellis, cred că ELM-urile ar putea oferi în cele din urmă o alternativă mai sustenabilă la materialele pe care ne bazăm astăzi.

„Dacă te gândești bine, majoritatea materialelor noastre sunt deja biomateriale, cum ar fi lemnul sau bumbacul”, a spus Ellis. „În prezent, pur și simplu le recoltăm și le folosim.”

O adevărată schimbare de paradigmă, a spus Ellis, ar fi scalarea acestui tip de creștere structurat: nu doar producerea microbilor în cantități mari, ceea ce este deja o rutină, ci creșterea lor direct în materiale utilizabile și modelate.

„Dacă am putea transforma organismele vii în materiale în sine, am putea opri tăierea pădurilor și am reduce amprenta de carbon”, a spus el.

Până atunci, cercetătorii lucrează spre un obiectiv mai imediat: un plasture de dovadă a conceptului care poate fi testat pe modele de piele, primul test real pentru a verifica dacă materialul viu funcționează conform intențiilor.

Dacă vor reuși, aceasta va marca un pas semnificativ către un nou tip de medicină, una care nu doar tratează pielea, ci lucrează împreună cu aceasta.

Cercetarea din acest articol a fost parțial finanțată de Consiliul European pentru Inovare (EIC). Opiniile intervievaților nu reflectă neapărat cele ale Comisiei Europene. Dacă ți-a plăcut acest articol, te rugăm să iei în considerare distribuirea lui pe rețelele sociale.