Sistema indossabile aggiuntivo di ozono e terapia antibiotica per il trattamento di Gram

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 13927 (2022) Citare questo articolo

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La problematica combinazione tra la crescente prevalenza di infezioni della pelle e dei tessuti molli e il crescente tasso di infezioni potenzialmente letali resistenti agli antibiotici rappresenta un bisogno urgente e insoddisfatto per il settore sanitario. Queste resistenze evolutive hanno origine da mutazioni nelle pareti cellulari batteriche che impediscono un'efficace diffusione degli antibiotici. I batteri Gram-negativi sono di particolare considerazione a causa della resistenza naturale a molti antibiotici comuni dovuta all'esclusiva struttura a doppio strato della parete cellulare. Il sistema qui sviluppato fornisce una soluzione a questo problema attraverso una terapia indossabile che fornisce e utilizza l’ozono gassoso come terapia aggiuntiva con antibiotici topici attraverso una nuova medicazione con nanofibre a rilascio di farmaci (NF). Questa tecnologia aumenta drasticamente la sensibilità dei batteri Gram-negativi ai comuni antibiotici utilizzando l’ozono ossidativo per aggirare le resistenze create dalla parete cellulare batterica. Per consentire un'applicazione semplice ed efficace della terapia aggiuntiva, la somministrazione di ozono e gli antibiotici topici sono stati integrati in un unico cerotto applicativo. Gli NF per la somministrazione del farmaco vengono generati tramite elettrofilatura in un tappetino in PVA a dissoluzione rapida senza indurre una diminuzione della permeabilità ai gas della medicazione. Uno studio sistematico ha rilevato che la generazione di ozono a 4 mg/h fornisce livelli ottimali di ozono per elevate prestazioni antimicrobiche con citotossicità minima. Questo trattamento con ozono è stato utilizzato con una terapia aggiuntiva erogata dal sistema in vitro. I risultati hanno mostrato la completa eradicazione dei batteri Gram-negativi con ozono e antibiotici tipicamente utilizzati solo per batteri Gram-positivi, dimostrando la forza dell’ozono come opzione terapeutica aggiuntiva che consente di sensibilizzare i ceppi batterici ad antibiotici altrimenti inefficaci. Inoltre, i test di biocompatibilità hanno dimostrato che il trattamento non presenta alcun effetto citotossico sulle cellule fibroblastiche umane.

Nel settore sanitario, le infezioni della pelle o di altri tessuti molli rappresentano una causa crescente di morbilità dei pazienti. Queste infezioni della pelle e dei tessuti molli (SSTI), che spesso infettano le ulcere da pressione (PU) o le ulcere del piede diabetico (DFU), fanno parte del grande mercato globale per la cura delle ferite, che si stima ammonterà a 15 miliardi di dollari nel 2022 e aumenterà fino a oltre 22 miliardi di dollari entro il 20241. Negli Stati Uniti, le SSTI sono la causa del 3,5% delle visite al pronto soccorso e il ricovero ospedaliero costa ai pazienti in media 8.000 dollari per degenza2,3. Si prevede che questi numeri aumenteranno ulteriormente negli anni a venire a causa della prevalenza di patologie croniche come il diabete e dell’invecchiamento della popolazione. Negli Stati Uniti, 34,2 milioni di persone (circa il 10% della popolazione) soffrono di diabete4,5. Su scala globale, si stima che circa il 2% degli adulti con diabete svilupperà una DFU ogni anno, portando a 9,1 milioni di casi ogni anno, con circa la metà di tutte le DFU che si infettano6,7,8,9. Tali infezioni spesso portano a una ridotta guarigione della ferita e ad altre condizioni come osteomielite, infezione sistemica, aumento del rischio di amputazione e morte10,11,12,13.

Il trattamento tipico per le infezioni da SSTI, comprese quelle nelle DFU delle UdP, prevede la somministrazione di antibiotici. Sebbene questo metodo di trattamento sia in grado di ridurre la carica batterica in molti casi, non fa nulla per favorire la guarigione precoce della ferita. Inoltre, la resistenza batterica agli antibiotici è un problema globale crescente che riduce ulteriormente la validità degli attuali metodi di trattamento14,15,16. I batteri Gram negativi (G - ve) mostrano una resistenza naturale a molti trattamenti antibiotici grazie a una membrana esterna aggiuntiva nella struttura cellulare che impedisce a molti antibiotici di raggiungere il loro bersaglio previsto all'interno della cellula e può essere alterata più facilmente per sviluppare nuove resistenze17,18 . Ciò ha portato a un tale aumento del numero e della gravità dei batteri G-ve multiresistenti che l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) ha incluso solo i batteri G-ve nell’elenco dei ceppi resistenti agli antibiotici che richiedono le soluzioni più urgenti18. Questo problema è ancora più allarmante perché lo sviluppo e l’approvazione di nuovi antimicrobici efficaci nel trattamento dei patogeni G-ve multiresistenti non ha tenuto il passo con la continua comparsa di nuove resistenze nei batteri. Ciò è dovuto al processo lungo, costoso e ad alto rischio di sviluppo dei farmaci che disincentiva la produzione ed è sottoposto all’arduo compito di approvazione normativa per il mercato19. Di conseguenza, esiste l’urgente necessità di sviluppare opzioni terapeutiche alternative per le SSTI.