Oamenii de știință știu de zeci de ani că stimularea electrică promovează vindecarea rănilor cronice, cum ar fi ulcerele diabetice și escare, dar modul în care se întâmplă a fost un mister - până acum.
„Stimularea electrică direcționează celulele pentru a promova migrația spre centrul plăgii”, a declarat profesorul asistent Mark Messerli de la Departamentul de Biologie și Microbiologie al Universității de Stat din Dakota de Sud, de la Colegiul de Științe ale Naturii. Messerli și echipa sa au dezvoltat un instrument care prezice modul în care se întâmplă migrarea celulară și alinierea. Această cercetare apare în numărul din iunie al Journal of Theoretical Biology.
În clinică, stimularea electrică poate accelera vindecarea rănilor cronice, definite ca leziuni la nivelul pielii care nu se vindecă în decurs de 30 de zile și a fost utilizată pentru a trata rănile care au existat încă de un an, a explicat Messerli.
Cu toate acestea, nu există un tratament standardizat, a remarcat Messerli. „Un pacient poate intra într-o clinică diferită și poate primi un tratament complet diferit pentru aceeași rană. Nu putem standardiza sau optimiza tratamentele decât dacă știm cum stimularea electrică promovează vindecarea. ”
Rănile cronice ale pielii tind să afecteze pacienții vârstnici și diabetici. Aproape 15% dintre beneficiarii Medicare suferă răni cronice, rezultând un cost estimat între 28,1 și 31,7 miliarde de dolari pe an, conform unui studiu din 2017 bazat pe un set de date Medicare din 2014. Pe măsură ce mai mulți baby boomers ating vârsta de pensionare, numărul pacienților și costurile de îngrijire a sănătății vor continua să crească.
Mai mult, învățarea modului în care electricitatea stimulează vindecarea rănilor poate oferi o parte din cunoștințele necesare pentru creșterea organelor. „Vindecarea rănilor ne conduce la ingineria țesuturilor”, a spus Messerli. „Este ca și cum ai construi un zid de cărămidă. Cărămizile trebuie aliniate cu atenție și distanțate cu mortar pentru a face un perete solid din punct de vedere structural. În mod similar, celulele trebuie aliniate cu atenție și asamblate pentru ca un organ uman să funcționeze corect. ”
Studiul a fost susținut de fondul de bursă Eugene și Millicent Bell în ingineria țesuturilor și finanțarea Departamentului Agriculturii SUA Hatch prin Stația de Experiment Agricol din Dakota de Sud de la SDSU.
Modul în care stimularea electrică vindecă rănile
„Stimularea electrică este utilizată în clinică pentru a activa neuronii, mușchii și celulele endocrine, dar acestea sunt celule excitabile electric”. A spus Messerli. „Celulele pielii nu sunt considerate excitabile electric. Deci, cum poate o celulă a pielii să simtă câmpurile electrice mai slabe decât cele utilizate pentru stimularea neuronilor sau a celulelor musculare? "
Oamenii de știință știu că câmpurile electrice foarte slabe polarizează celulele și le determină să migreze sau să crească către unul dintre polii electrici, a explicat el. „Funcția țesuturilor și a organelor se bazează pe polaritatea celulară - avem nevoie de această organizație celulară pentru a avea un organ funcțional.”
Mamiferele, inclusiv oamenii, au ceea ce Messerli numește „un câmp electric endogen pe piele”. Când pielea este ruptă, există un câmp electric perpendicular pe marginea plăgii, direcționând celulele spre mijlocul plăgii. Cu toate acestea, acest potențial electric scade pe măsură ce îmbătrânim.
„Un câmp electric slab face ca proteinele de pe suprafața celulei să migreze către polii electrici în funcție de mărimea și încărcarea lor”, a spus el. „Câmpul electric de-a lungul membranei celulare este mai mare de un milion de volți pe metru; cu toate acestea, celulele epidermice pot simți câmpurile electrice puțin mai mici de 10 volți pe metru, de aproape 100.000 de ori mai slabe. ”
Cercetătorii au folosit o combinație de modelare matematică, imagistică cu fluorescență și instrumente de bioinformatică pentru a dezvolta un model care prezice modul în care aceste proteine se vor redistribui în membrana plasmatică. Aproximativ 30% din proteinele din genomul uman se află în membrana plasmatică, dar până în acest moment, mai puțin de 10 proteine au fost asociate cu polaritatea celulară indusă electric, a spus Messerli.
După urmărirea redistribuirii unei proteine cunoscute, cercetătorii au folosit modelul pentru a prezice modul în care proteinele, identificate de alte grupuri de cercetare, s-ar comporta.
„Stimularea electrică direcționează celulele pentru a promova migrația spre centrul plăgii”, a declarat profesorul asistent Mark Messerli de la Departamentul de Biologie și Microbiologie al Universității de Stat din Dakota de Sud, de la Colegiul de Științe ale Naturii. Messerli și echipa sa au dezvoltat un instrument care prezice modul în care se întâmplă migrarea celulară și alinierea. Această cercetare apare în numărul din iunie al Journal of Theoretical Biology.
În clinică, stimularea electrică poate accelera vindecarea rănilor cronice, definite ca leziuni la nivelul pielii care nu se vindecă în decurs de 30 de zile și a fost utilizată pentru a trata rănile care au existat încă de un an, a explicat Messerli.
Pe lângă vindecarea rănilor, stimularea electrică promovează atașarea grefelor de piele, îmbunătățind rezultatele victimelor arsurilor.
Cu toate acestea, nu există un tratament standardizat, a remarcat Messerli. „Un pacient poate intra într-o clinică diferită și poate primi un tratament complet diferit pentru aceeași rană. Nu putem standardiza sau optimiza tratamentele decât dacă știm cum stimularea electrică promovează vindecarea. ”
Rănile cronice ale pielii tind să afecteze pacienții vârstnici și diabetici. Aproape 15% dintre beneficiarii Medicare suferă răni cronice, rezultând un cost estimat între 28,1 și 31,7 miliarde de dolari pe an, conform unui studiu din 2017 bazat pe un set de date Medicare din 2014. Pe măsură ce mai mulți baby boomers ating vârsta de pensionare, numărul pacienților și costurile de îngrijire a sănătății vor continua să crească.
Mai mult, învățarea modului în care electricitatea stimulează vindecarea rănilor poate oferi o parte din cunoștințele necesare pentru creșterea organelor. „Vindecarea rănilor ne conduce la ingineria țesuturilor”, a spus Messerli. „Este ca și cum ai construi un zid de cărămidă. Cărămizile trebuie aliniate cu atenție și distanțate cu mortar pentru a face un perete solid din punct de vedere structural. În mod similar, celulele trebuie aliniate cu atenție și asamblate pentru ca un organ uman să funcționeze corect. ”
Studiul a fost susținut de fondul de bursă Eugene și Millicent Bell în ingineria țesuturilor și finanțarea Departamentului Agriculturii SUA Hatch prin Stația de Experiment Agricol din Dakota de Sud de la SDSU.
Modul în care stimularea electrică vindecă rănile
„Stimularea electrică este utilizată în clinică pentru a activa neuronii, mușchii și celulele endocrine, dar acestea sunt celule excitabile electric”. A spus Messerli. „Celulele pielii nu sunt considerate excitabile electric. Deci, cum poate o celulă a pielii să simtă câmpurile electrice mai slabe decât cele utilizate pentru stimularea neuronilor sau a celulelor musculare? "
Oamenii de știință știu că câmpurile electrice foarte slabe polarizează celulele și le determină să migreze sau să crească către unul dintre polii electrici, a explicat el. „Funcția țesuturilor și a organelor se bazează pe polaritatea celulară - avem nevoie de această organizație celulară pentru a avea un organ funcțional.”
Mamiferele, inclusiv oamenii, au ceea ce Messerli numește „un câmp electric endogen pe piele”. Când pielea este ruptă, există un câmp electric perpendicular pe marginea plăgii, direcționând celulele spre mijlocul plăgii. Cu toate acestea, acest potențial electric scade pe măsură ce îmbătrânim.
„Un câmp electric slab face ca proteinele de pe suprafața celulei să migreze către polii electrici în funcție de mărimea și încărcarea lor”, a spus el. „Câmpul electric de-a lungul membranei celulare este mai mare de un milion de volți pe metru; cu toate acestea, celulele epidermice pot simți câmpurile electrice puțin mai mici de 10 volți pe metru, de aproape 100.000 de ori mai slabe. ”
Cercetătorii au folosit o combinație de modelare matematică, imagistică cu fluorescență și instrumente de bioinformatică pentru a dezvolta un model care prezice modul în care aceste proteine se vor redistribui în membrana plasmatică. Aproximativ 30% din proteinele din genomul uman se află în membrana plasmatică, dar până în acest moment, mai puțin de 10 proteine au fost asociate cu polaritatea celulară indusă electric, a spus Messerli.
După urmărirea redistribuirii unei proteine cunoscute, cercetătorii au folosit modelul pentru a prezice modul în care proteinele, identificate de alte grupuri de cercetare, s-ar comporta.
„Modelul a fost foarte aproape de prezicerea rezultatelor din experimentele anterioare”, a spus el. Instrumentul predictiv îi va ajuta pe cercetători să identifice proteinele care sunt esențiale pentru polarizarea electrică a altor tipuri de celule și să optimizeze repararea plăgilor folosind stimularea electrică.