Un nuovo approccio al trattamento della tracheomalacia

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2023 Murelle Gerber / EPFL
2023 Murelle Gerber / EPFL
In collaborazione con il CHUV, gli ingegneri dell’EPFL propongono un cerotto adesivo in idrogel per il trattamento delle vie aeree collassate nei neonati.

I ricercatori dell’EPFL hanno fatto un passo avanti nel trattamento della tracheomalacia. Questa condizione è caratterizzata da un indebolimento della cartilagine e dei muscoli della trachea che normalmente mantengono aperte le vie aeree per consentire una corretta respirazione. Il team, composto da ingegneri dell’EPFL e da specialisti in chirurgia pediatrica delle vie aeree del CHUV, ha sviluppato con successo un nuovo cerotto adesivo in idrogel in grado di correggere efficacemente la tracheomalacia, aprendo la prospettiva di migliori opzioni di trattamento per questa complessa condizione. La prova di concetto è stata recentemente pubblicata su iScience.

La tracheomalacia è una condizione congenita relativamente comune che spesso provoca un collasso eccessivo, talvolta fino alla completa ostruzione, delle vie aeree nei neonati e nei bambini. Gli attuali metodi di trattamento, come la ricostruzione della trachea, la tracheoplastica e lo stenting, spesso provocano danni significativi e di lunga durata a questo organo vitale. Per superare questi limiti, ricercatori e chirurghi hanno lavorato allo sviluppo di una nuova strategia: un cerotto adesivo in idrogel extraluminale non invasivo per sostenere la trachea indebolita.

L’idrogel è un materiale flessibile, biocompatibile e biodegradabile. È sempre più utilizzato nelle applicazioni biomediche, ma è la prima volta che i bioingegneri ne esplorano le proprietà strutturali per alleviare la tracheomalacia. Utilizzando modelli numerici e animali, Ece Uslu e Vijay Kumar Rana, ingegneri del Laboratoire de Biomécanique Orthopédique (LBO), hanno dimostrato che un patch di idrogel con proprietà meccaniche e forza di adesione adeguate può mantenere efficacemente la forma fisiologica della trachea. Per raggiungere questo obiettivo, si stanno sintetizzando nuovi idrogel per affrontare le sfide poste dal collasso delle vie aeree. I ricercatori hanno collaborato con il Laboratory of Hemodynamics and Cardiovascular Technology (LHTC), dove Sokratis Anagnostopoulos ha condotto studi numerici essenziali.

Il cerotto in idrogel sostiene le vie aeree indebolite e corregge l’ostruzione del 50

"Questa ricerca rappresenta un importante passo avanti nella risoluzione delle sfide associate al trattamento della tracheomalacia", afferma il professor Dominique Pioletti, responsabile dell’LBO e ricercatore principale del progetto. "Il cerotto adesivo in idrogel che abbiamo sviluppato in collaborazione con il CHUV è molto promettente. Potrebbe fornire un supporto meccanico alla trachea e impedire il collasso delle vie aeree".

In questa prova di concetto di successo, il nuovo cerotto idrogel adesivo ha mostrato una forte adesione alle superfici tracheali umide e ha sostenuto strutturalmente una trachea completamente collassata sotto pressione negativa, aumentandone il volume fino al 50%. Questi risultati incoraggianti aprono la strada all’uso potenziale degli idrogel adesivi come nuovo approccio nel trattamento clinico della tracheomalacia. "Siamo ottimisti su questa prova di concetto, perché l’aumento del 50% dell’apertura di una trachea completamente collassata è sufficiente ad alleviare i gravi sintomi della tracheomalacia", afferma il dottor Kishore Sandu, coautore del lavoro e responsabile dell’unità di chirurgia delle vie aeree pediatriche del CHUV.

Collaborazione tra gli ingegneri dell’EPFL e gli specialisti di chirurgia delle vie aeree pediatriche del CHUV

"È stato molto interessante riunire diversi punti di vista e progredire verso una soluzione a lungo attesa per un problema medico complesso", afferma il dottor François Gorostidi, coautore dell’articolo e chirurgo pediatrico delle vie aeree al CHUV. Il successo della collaborazione tra chirurghi e ingegneri in questo progetto è dipeso dall’ascolto attento delle reciproche esigenze specifiche in sala operatoria e in laboratorio. "Gli ingegneri e gli specialisti in chirurgia non parlano sempre la stessa lingua. Quindi abbiamo dovuto iniziare imparando a lavorare insieme. Ma lo sviluppo di una soluzione tecnica per una patologia con opzioni terapeutiche limitate si è rivelato molto promettente", spiega Kishore Sandu.

La collaborazione è in corso e i ricercatori hanno tenuto a sottolineare che il processo è estremamente iterativo. Ci sono voluti tre anni e centinaia di formulazioni dell’idrogel per ottenere questi risultati impressionanti. Gli specialisti in chirurgia e gli ingegneri non si arrenderanno finché la loro soluzione alla tracheomalacia non avrà varcato le porte della sala operatoria. Questo porrebbe fine al problema spesso intrattabile dei medici che devono liberare le vie aeree dei neonati utilizzando soluzioni invasive, con il rischio di inevitabili conseguenze negative.

Riferimenti

Idrogeli adesivi umidi per la correzione della trachea malacica (tracheomalacia): una prova di concetto. Ece Uslu, Vijay Kumar Rana, Sokratis Anagnostopoulos, Peyman Karami, Alessandra Bergadano, Cecile Courbon, Francois Gorostidi, Kishore Sandu, Nikolaos Stergiopulos, Dominique P. Pioletti. iScience (2023), https://doi.org/10.1016/j.isci.2­023.107168