Sviluppo di un modello da banco per la valutazione della compatibilità dei materiali per la medicazione delle ferite con i sistemi di terapia delle ferite a pressione negativa

Questo studio presenta un modello da banco progettato per valutare la compatibilità dei materiali per la medicazione delle ferite con i sistemi di terapia delle ferite a pressione negativa, valutando la pressione e la raccolta di liquidi nell'arco di 72 ore con impostazioni di pressione continua e intermittente.

I sistemi di terapia delle ferite a pressione negativa (NPWT) facilitano la guarigione delle ferite applicando una pressione subatmosferica al letto della ferita, che favorisce la formazione di tessuto di granulazione e riduce l'infiammazione. Le medicazioni per ferite possono essere utilizzate con questi sistemi per migliorare la guarigione; tuttavia, gli effetti delle medicazioni sulle prestazioni del dispositivo NPWT sono difficili da valutare. Lo scopo di questo studio è stato quello di sviluppare un modello analogo di carne da banco per testare la compatibilità dei materiali per la medicazione delle ferite con i dispositivi NPWT. In questo studio, un dispositivo avanzato per la cura delle ferite a base di chitosano è stato valutato per i suoi effetti sulle prestazioni della NPWT sotto pressioni terapeutiche massime e minime. L'obiettivo era quello di utilizzare il modello per confrontare le letture della pressione e la raccolta di liquidi per campioni con e senza il dispositivo per la cura delle ferite al chitosano. Il modello da banco è stato costruito utilizzando una scatola di plastica collegata a più manometri. Un difetto circolare è stato creato su un pezzo di pancetta di maiale, usato come analogo della carne, e inserito nella scatola. Il difetto è stato riempito con schiuma NPWT standard o schiuma combinata con la medicazione della ferita. Alla scatola è stato aggiunto un fluido corporeo simulato contenente siero bovino, che è stato poi testato alla pressione massima (-200 mmHg) o minima (-25 mmHg) per 72 ore. La pressione e la raccolta dei fluidi sono state registrate ogni 12 ore. Il sistema NPWT ha mantenuto con successo la pressione per il periodo di prova di 72 ore, sia con che senza le medicazioni di prova. L'aggiunta delle medicazioni per ferite non ha influito sulla raccolta dei liquidi. La scatola di prova si è dimostrata efficace come modello da banco, in quanto poteva essere sigillata e mantenuta in condizioni di vuoto per il periodo di prova di 72 ore. Questo modello ha dimostrato con successo la sua utilità nella valutazione della compatibilità dei materiali per la medicazione delle ferite con i sistemi NPWT.

Esistono diversi approcci terapeutici per aiutare nella gestione e nel processo di guarigione delle ferite. Tali approcci terapeutici includono medicazioni avanzate per ferite, fattori di crescita, ossigenoterapia iperbarica, sostituti cutanei e terapia delle ferite a pressione negativa (NPWT)¹. NPWT si riferisce a sistemi di medicazione della ferita che applicano in modo continuo o intermittente una pressione sub-atmosferica al sistema, che fornisce una pressione negativa alla superficie della ferita. La NPWT è diventata una modalità di trattamento popolare per la gestione delle ferite acute o croniche². Il sistema NPWT è costituito da una schiuma a celle aperte, una medicazione adesiva per ferite, un sistema di raccolta dei fluidi e una pompa di aspirazione³. La pompa di aspirazione, o vuoto, viene utilizzata per mantenere una pressione costante sulla ferita, che aiuta ad aumentare il flusso sanguigno e ridurre il rischio di infezione⁴. La NPWT favorisce la formazione del tessuto di granulazione rimuovendo il fluido dalla ferita e riducendo il gonfiore¹. Clinicamente, la quantità di pressione di aspirazione utilizzata per le ferite varia da -20 mmHg a -200 mmHg, ma la pressione più rilevante testata è -125 mmHg⁵.

Gli esperimenti ex vivo di NPWT rappresentano una sfida a causa della mancanza di adeguati modelli da banco per i test. Gli attuali metodi per testare i sistemi NPWT includono simulazioni al computer di analisi degli elementi finiti (FEA), che sono state utilizzate per testare come la NPWT influisce sui siti di incisione⁶. Altri modelli includono modelli di ferite da banco basati su agar, che possono essere utilizzati per testare l'assorbimento del fluido⁷. In vivo, sono stati utilizzati anche modelli suini per esaminare la guarigione delle ferite⁸. Questi modelli hanno vantaggi come la facilità di simulazione su un computer per prevedere come dovrebbe guarire una ferita in teoria, oltre a testare il fluido che viene tirato attraverso un materiale del modello. I test in vivo sono definitivi per determinare se il sistema funziona in soggetti vivi⁸. Questi modelli hanno anche degli svantaggi. Una simulazione al computer potrebbe non rappresentare accuratamente come guarirebbe una ferita nella vita reale. Un modello basato sull'agar può mostrare una buona raccolta di liquidi che viene tirata attraverso la ferita, ma potrebbe non rappresentare il modo in cui il fluido verrebbe tirato attraverso i tessuti e i muscoli⁷. I modelli in vivo sono costosi e richiedono risorse significative per completare uno studio. Inoltre, può essere difficile mantenere gli animali semi-immobili, quindi potrebbero esserci sfide con loro che tirano il sistema, il che potrebbe avere risultati confondenti.

Per NPWT è necessario un modello da banco in modo che i nuovi materiali possano essere testati per l'uso con il sistema utilizzando tessuto reale. Il nuovo modello dovrebbe essere in grado di riflettere il modo in cui la raccolta dei liquidi è influenzata dai tessuti e dai muscoli. Il nuovo modello dovrebbe anche essere in grado di fornire letture della pressione all'interno del letto della ferita per determinare se la ferita stava ricevendo la stessa pressione fornita dalla pompa del vuoto. Possono anche essere testati nuovi materiali/dispositivi, come medicazioni aggiuntive per ferite, diversi tipi di schiuma e diverse medicazioni adesive sulla parte superiore della ferita.

Alcune ferite richiedono medicazioni aggiuntive per favorire il processo di guarigione riducendo il rischio di infezione. Un altro motivo per cui potrebbero essere necessari ulteriori materiali per la medicazione della ferita è prevenire la crescita dei tessuti tra la superficie del letto della ferita e la schiuma a celle aperte. Questa medicazione aggiuntiva riduce il rischio che il letto della ferita aderisca alla schiuma a celle aperte, il che aiuta a ridurre i danni e il dolore quando si arresta il sistema NPWT⁹. Queste medicazioni aggiuntive possono essere posizionate attorno alla schiuma a celle aperte per fungere da membrana barriera tra il letto della ferita e la schiuma. Alcuni materiali sono stati utilizzati come interfaccia tra il letto della ferita e la schiuma, come la paraffina o la garza incorporata nella vaselina. La paraffina ha mostrato un potenziale positivo come medicazione per ferite non influenzando il trasferimento di pressione dal sistema all'ound⁹. Tuttavia, è stato segnalato che la garza inclusa nella vaselina inibisce la raccolta di liquidi e quindi non è stata considerata un materiale aggiuntivo appropriato⁹.

Le medicazioni per ferite a base di chitosano possono essere una buona medicazione aggiuntiva da aggiungere durante la NPWT grazie ai loro effetti antimicrobici e alla biocompatibilità^10,11. Il chitosano è un derivato N-deacetilato della chitina, che è un polisaccaride naturale presente nei funghi e negli artropodi^12,13. Il chitosano ha mostrato proprietà antibatteriche intrinseche in un ampio spettro di batteri gram-negativi e gram-positivi¹⁴. Pertanto, le membrane di chitosano sono diventate popolari nel trattamento delle ferite perché possono essere facilmente prodotte, hanno una lunga durata e mostrano effetti antimicrobici innati¹⁰. Queste membrane mostrano anche una buona biocompatibilità, biodegradazione e non sono tossiche¹⁰.

In questo studio, Foundation DRS, un dispositivo avanzato per la cura delle ferite a base di chitosano e glicosaminoglicano, è stato esaminato per determinarne la biocompatibilità con NPWT. Foundation DRS è un'impalcatura biodegradabile per la rigenerazione dermica prodotta per caratteristiche di manipolazione e porosità ideali per promuovere l'invasione cellulare e la neo-angiogenesi nelle ferite. Questo dispositivo è vantaggioso per la guarigione in una vasta gamma di lesioni e usi diversi. È stato creato per l'uso previsto in un'ampia gamma di ferite, come ulcere da pressione, ulcere del piede diabetico, ustioni di primo grado, ferite da trauma, ferite deiscite e ferite chirurgiche^10,11. Foundation DRS è una buona opzione per l'uso in NPWT grazie al suo processo di produzione, che impedisce al dispositivo di trasformarsi in un idrogel quando è bagnato. Questo dispositivo mantiene una struttura a pori aperti quando viene bagnato, il che dovrebbe consentire al fluido di fluire durante l'applicazione di NPWT^12,13.

L'obiettivo di questo studio era quello di sviluppare un modello analogo di carne da banco che potesse essere utilizzato per testare la compatibilità dei materiali di medicazione delle ferite con i dispositivi NPWT. Dal punto di vista clinico, le pressioni variano da -80 mmHg a -125 mmHg per la maggior parte delle applicazioni NPWT⁴. Per simulare le condizioni di utilizzo clinico peggiori, sono state utilizzate un'impostazione di pressione più alta e più bassa (-25 mmHg e -200 mmHg). Un altro obiettivo di questo studio era determinare se l'aggiunta del dispositivo per la cura delle ferite al chitosano interferisse con le letture della pressione e la raccolta di liquidi della NPWT. Interruzioni nella raccolta dei liquidi o perdite di pressione durante la NPWT potrebbero portare a una scarsa guarigione delle ferite e a scarsi risultati clinici. La raccolta dei liquidi dovrebbe essere simile a quella dei gruppi di test con e senza il dispositivo per la cura delle ferite al chitosano. Anche le letture della pressione dovrebbero essere simili tra i gruppi di prova nell'arco di 72 ore. In ambito clinico, la medicazione della ferita viene cambiata ogni 48-72 ore, quindi ogni campione è stato testato per 72 ore in questo studio³. Durante il test, è necessario osservare le letture della pressione per assicurarsi che non vi sia un calo di pressione.

I dettagli dei reagenti e delle attrezzature utilizzate in questo studio sono elencati nella tabella dei materiali.

1. Creazione della scatola di test

1. Procurati un contenitore di plastica da 3,2 tazze.
2. Crea un foro di 2 pollici di diametro al centro del coperchio del contenitore. Inoltre, praticare due fori da 3/8 in due angoli del coperchio del contenitore a circa 1/2 pollice dalla guarnizione del bordo. Usa una sega a tazza per creare i fori.
   NOTA: Nella Figura 1 è mostrato uno schema che mostra la configurazione generale del test utilizzando una macchina NPWT commerciale collegata a una scatola analogica da banco costruita in laboratorio. Questo schema illustra come la scatola viene utilizzata per gli esperimenti. La casella creata per questo esperimento è illustrata nella Figura 2.
3. Sul primo dei fori da 3/8, collegare un manometro direttamente al foro.
   NOTA: Questo manometro è stato utilizzato per monitorare le cadute di pressione al di fuori del tessuto di prova, che indicavano perdite nel tessuto.
4. Sul secondo foro da 3/8, inserire un piccolo tubo flessibile per flebo con un diametro esterno inferiore a 3/8 attraverso il foro fino a una lunghezza di 7 pollici sul lato interno del coperchio. Quindi, montare il tubo di pressione su un manometro di bassa pressione all'esterno del contenitore.
   NOTA: Il tubo di pressione è stato posizionato nel letto della ferita durante il test.

2. Preparazione analoga della carne

1. Utilizzare la pancetta di maiale salata disponibile in commercio, nota come tessuto, per simulare il tessuto muscolare e adiposo per il test NPWT.
2. Crea un difetto circolare della ferita sulla superficie del tessuto usando un bisturi a lama #21 largo circa 1,5 pollici e profondo 0,75 pollici. Quindi, fenestra il tessuto attraverso il grasso su ciascun lato con un bisturi a lama #21.
3. Dopo che il difetto della ferita è stato creato, pulire il tessuto per rimuovere il grasso in eccesso dalla pelle, quindi immergerlo per una notte in acqua deionizzata per rimuovere il sale in eccesso.

3. Caricamento della camera di prova

1. Riempi il fondo della camera di prova con schiuma a celle aperte spessa 1,5 pollici. Quindi, posiziona il fazzoletto sopra la schiuma.
   NOTA: Centrare manualmente il campione di tessuto in modo che il difetto della ferita creato sia direttamente sotto il foro nella parte superiore del coperchio.
2. Per i gruppi sperimentali, aggiungere il dispositivo per la cura delle ferite al chitosano all'interno del difetto della ferita in modo che il fondo e i lati del difetto siano coperti. Quindi, riempire il resto del difetto con la schiuma a celle aperte.
3. Inserire il tubo di pressione collegato al manometro sulla camera di prova nella schiuma a celle aperte che viene utilizzata per riempire il difetto. Assicurarsi che questo tubo sia posizionato a circa metà della superficie del difetto della ferita.
4. Coprire il fazzoletto con la medicazione adesiva per ferite. Quindi, creare un piccolo taglio sulla medicazione adesiva, direttamente sopra il centro della schiuma a celle aperte, riempiendo il difetto della ferita.
5. Infilare l'ugello del vuoto attraverso il coperchio della camera di prova e posizionarlo sopra la medicazione adesiva, dove è stato eseguito il piccolo taglio. Dopo aver posizionato l'ugello di aspirazione, chiudere il coperchio della camera di prova per premere la medicazione adesiva della ferita e l'ugello di aspirazione verso il basso, il che aiuta a creare una tenuta.
6. Collegare la bombola di raccolta del fluido da 500 ml alla pompa del vuoto, quindi collegare l'ugello del vuoto alla bombola di raccolta del fluido.

4. Creazione del fluido corporeo simulato

1. Crea un fluido corporeo simulato secondo Marques et ^al.15.
2. Realizzare il fluido corporeo simulato combinando 8,035 g di NaCl, 0,355 g di NaHCO₃, 0,225 g di KCl, 0,231 g di K₂HPO₄3H₂O, 0,311 g di Cl₂Mg6H₂O, 0,292 g di CaCl, 0,072 g di NaSO₄^2-, 6,118 g di (HOCH₂)₃CNH₂, e 39 mL di 1 M HCl in 960 mL di acqua deionizzata per portare la soluzione totale a 1 L.
   NOTA: La composizione del fluido corporeo simulato è mostrata nella Tabella 1.
3. Quindi, combinare il fluido corporeo simulato con il siero bovino in un rapporto 3:1. Integrare la soluzione finale con il 5% di antibiotici/antimicotici 10x per il controllo microbico. Mescolare la soluzione dopo aver aggiunto il siero bovino e gli antibiotici/antimicotici, quindi conservarla in frigorifero.
   NOTA: La soluzione finale sarà indicata come soluzione completa. Questa soluzione non deve essere mantenuta sterile e deve essere preparata fresca prima di ogni campione.

5. Condizioni di prova

1. Regolare le impostazioni sulla pompa a vuoto per i campioni in base alle condizioni di test.
   NOTA: I gruppi di prova sono: Gruppo 1 Controllo (n = 3): Schiuma da sola con aspirazione continua a -200 mmHg; Gruppo 2 Controllo (n = 3): Schiuma da sola con aspirazione intermittente da 0 a -200 mmHg; Gruppo 3 (n = 3): Dispositivo per la cura delle ferite al chitosano sotto schiuma con aspirazione continua a -200 mmHg; Gruppo 4 (n = 3): Dispositivo per la cura delle ferite al chitosano sotto schiuma con aspirazione intermittente da 0 a -200 mmHg; Gruppo 5 Controllo (n = 3): Schiuma da sola con aspirazione continua a -25 mmHg; Gruppo 6 Controllo (n = 3): Schiuma da sola con aspirazione intermittente da 0 a -25 mmHg; Gruppo 7 (n = 3): Dispositivo per la cura delle ferite al chitosano sotto schiuma con aspirazione continua a -25 mmHg; Gruppo 8 (n = 3): Dispositivo per la cura delle ferite al chitosano sotto schiuma con aspirazione intermittente da 0 a -25 mmHg.
2. Per i gruppi di prova a pressione massima, impostare la pressione a -200 mmHg. Per i gruppi di prova a pressione minima, impostare la pressione a -25 mmHg. Quindi, posizionare le impostazioni della pompa del vuoto su pressione intermittente o continua. Eseguire tutti i campioni per 72 ore.
   NOTA: L'impostazione continua ha applicato la pressione in modo continuo per 72 ore. L'impostazione intermittente ha applicato la pressione a un rapporto 5/2 (5 min di pressione, seguiti da 2 min senza pressione) per 72 h. I valori massimo e minimo sono stati scelti in base all'intervallo di pressione che i sistemi NPWT clinici possono utilizzare. Un ciclo di 72 ore è stato scelto in base al periodo di tempo in cui la NPWT viene tipicamente utilizzata clinicamente prima di eseguire un cambio di bendaggio³.
3. Durante il test, registrare la pressione sul manometro e la quantità di fluido nel contenitore di raccolta del fluido ogni 12 ore per 72 ore.
4. Se la quantità di fluido corporeo analogico scende al di sotto del 75% della parte superiore della camera di prova, come osservato visivamente, rimuovere il manometro secondario e aggiungere una soluzione completa alla camera.
   NOTA: La preparazione dei campioni e l'impostazione del test possono essere visti nella Figura 3.
5. Dopo 72 ore, spegnere la pompa del vuoto e scollegare il contenitore di raccolta del fluido dall'ugello del vuoto. Rimuovere il contenitore di raccolta del fluido dalla pompa del vuoto.
6. Rimuovere il tessuto dalla camera di prova e rimuovere la medicazione adesiva per la ferita. Quindi, estrai la schiuma a celle aperte e osserva se il dispositivo per la cura delle ferite al chitosano era ancora intatto. È considerato integro se può essere rimosso senza rompersi, strapparsi o strapparsi; Tuttavia, piccoli strappi o assottigliamenti sono accettabili se la membrana può essere rimossa completamente.

6. Analisi statistica

1. Utilizzare i valori di pressione registrati ogni 12 ore durante il periodo di prova dai tre provini per condizione di prova per l'analisi statistica. Per l'analisi statistica, è stato utilizzato il valore finale di raccolta dei fluidi dai tre campioni di prova per condizione di prova.
   NOTA: Per tutte le analisi statistiche, il livello di significatività è stato fissato a α = 0,05.
2. Calcola la media e le deviazioni standard (n = 3/gruppo) in ogni punto temporale. Prima di eseguire l'analisi statistica, eseguire il test di normalità per ciascun gruppo utilizzando il test di Shapiro-Wilk (ad esempio, aspirazione continua a -200 mmHg, aspirazione continua a -25 mmHg, aspirazione intermittente a -200 mmHg e aspirazione intermittente a -25 mmHg) per determinare se il test ANOVA o Kruskal-Wallis è appropriato.
3. Analizzare i dati per gruppi sperimentali e di controllo sottoposti alle stesse condizioni di prova di pressione (ad esempio, aspirazione continua a -200 mmHg; aspirazione continua a -25 mmHg; aspirazione intermittente a -200 mmHg o aspirazione intermittente a -25 mmHg) utilizzando un ANOVA a due vie o un test di Kruskal Wallis utilizzando il tipo di membrana e il tempo come fattori principali.
4. Se sono state identificate differenze statistiche, eseguire analisi post-hoc. Utilizzare il test post-hoc HSD di Tukey dopo l'ANOVA o il test post-hoc di Dunn dopo il test di Kruskal-Wallis per determinare quali gruppi sono diversi.
5. Utilizzando i valori finali di raccolta dei fluidi per ciascun campione nei gruppi di controllo e sperimentale, eseguire un test t a due code assumendo varianze disuguali.
   NOTA: La pressione è stata analizzata in ogni momento per garantire che non vi fosse un calo significativo della pressione per tutta la durata del periodo di test. Mentre la raccolta dei fluidi è stata esaminata in ogni momento, è stata analizzata solo nel punto temporale finale. Questo perché ogni tessuto aveva profili adiposi e muscolari diversi, con conseguenti diversi tassi di raccolta dei fluidi, rendendo la raccolta complessiva dei fluidi più utile per l'analisi rispetto alla raccolta dei fluidi per punti temporali.

L'obiettivo dello studio era quello di sviluppare un modello da banco per NPWT che utilizza un analogo tissutale e di utilizzare il modello per studiare la compatibilità dei materiali per la medicazione delle ferite con una macchina per la terapia delle ferite a pressione negativa. Il modello è stato utilizzato per studiare se la macchina NPWT fosse in grado di mantenere la pressione nel tempo con l'aggiunta di un dispositivo per la cura delle ferite. Il modello è stato utilizzato anc...

Esistono alcuni modelli da banco per NPWT, ma presentano limitazioni significative. Loveluck et al. hanno sviluppato un modello computerizzato FEA per determinare in che modo la NPWT ha influenzato i siti di incisione suturati, ma non hanno tenuto conto di ulteriori materiali per la medicazione delle ferite⁶. Rycerz et al. hanno sviluppato modelli basati su agar per valutare la distribuzione della soluzione di instillazione alle ferite durante la NPWT

Questo lavoro è stato supportato da una sovvenzione di Bionova Medical, Inc. (Germantown, TN).

Questa ricerca è stata resa possibile con l'aiuto del Dipartimento di Ingegneria Biomedica dell'Università di Memphis e di Bionova Medical.