Abstract:

Versione in italiano:

La pelle è frequentemente sottoposta a diversi danni cronici, tra cui ustioni, traumi, malattie autoimmuni, cancro e ulcere diabetiche, che possono essere colonizzate da specie microbiche resistenti. Le ferite croniche colpiscono 15 milioni di persone in Europa, con un notevole sovrauso di antibiotici e lo sviluppo conseguente di specie antibiotico-resistenti nella popolazione.

Pertanto, lo sviluppo di nuove strategie per il trattamento delle ferite che possano fermare l'infezione e accelerare la rigenerazione dei tessuti è di fondamentale importanza nella pratica clinica. In questo ambito, le bende intelligenti per le ferite, che incorporano nanomateriali innovativi, possono consentire un effetto antibatterico controllato in modo sostenuto e sensibile a stimoli.

Tra i nanomateriali, i carburi/carbonitruri bidimensionali (2D) dei metalli di transizione (MXenes) stanno suscitando crescente interesse tra i ricercatori biomedici grazie alle loro uniche proprietà fisico-chimiche. In particolare, i MXenes Ti3C2Tx sono noti per la loro elevata biocompatibilità, idrofilicità, attività antibatterica, forte conducibilità e alta capacità di assorbire la luce vicino all'infrarosso (NIR). In particolare, l'assorbimento di NIR può migliorare l'efficacia antibatterica contro specie infettive di ferite croniche come Staphylococcus aureus. È inoltre noto che i Ti3C2Tx e le terapie con luce NIR sono in grado di inibire l'infiammazione mediata dalle citochine, un fattore importante che limita la progressione delle ferite croniche verso la risoluzione.

Nel progetto WoundXene, verranno sviluppati cerotti a base di MXenes per il trattamento delle ferite croniche della pelle, basati sul trattamento simultaneo dell'infezione e sul miglioramento della guarigione dei tessuti mediata dal sistema immunitario.

A tal fine, l'expertise multidisciplinare del team WoundXene, composto da leader nel campo dei nanomateriali 2D e dei loro effetti biologici, presso il Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) e l'Università di Padova (UNIPD), sarà fondamentale per raggiungere gli obiettivi del progetto. WoundXene verrà realizzato in collaborazione con il Prof. Yury Gogotsi, della Drexel University (USA), co-inventore degli MXenes e leader mondiale nel campo. Il team del CNR svilupperà un'inchiostro a base di MXenes stampabile in 3D a base di alginato su una rete 3D di supporto costituita da un polimero biocompatibile (policaprolattone (PCL), poli-vinilalcool (PVA) e/o acido polilattico (PLA)). Il CNR valuterà l'efficacia della terapia mediata da NIR contro l'infezione e svilupperà modelli avanzati stampati in 3D per la guarigione delle ferite. Le proprietà biologiche dei cerotti saranno valutate dal team UNIPD per gli effetti immunologici.

L'utilizzo di strumenti all'avanguardia ad alta capacità di analisi consentirà una caratterizzazione completa dei cerotti WoundXene. WoundXene fornirà soluzioni innovative nelle malattie croniche, studiando le interazioni/cattura cutanea dei MXenes progettati strategicamente, indagando il loro ruolo nella biomedicina.

English version:

Skin is regularly subjected to several chronic damages, including burns, trauma, autoimmune diseases, cancer, and diabetic ulcers that can be colonized by resistant microbial species. Chronic wounds affect 15 million people in Europe, with a substantial overuse of antibiotics and consequent development of harmful antibiotic-resistant species in the population.
Therefore, the development of new strategies for wound treatment that can stop the infection and accelerate tissue regeneration is of noteworthy importance in clinical practice. In this field, smart wound patches, embedding innovative nanomaterials can allow for a controlled antibacterial effect in a sustained stimuli-responsive fashion.
Among nanomaterials, two-dimensional (2D) transition metal carbides/carbonitrides (MXenes) are now increasing biomedical researchers’ interest thanks to their unique physicochemical properties. Specifically, Ti3C2Tx MXenes are known to have a high biocompatibility, hydrophilicity, antibacterial activity, strong conductivity, and high near-infrared (NIR) absorption. Particularly, NIR adsorption can enhance antibacterial efficacy against chronic wound infective species such as Staphylococcus aureus. Ti3C2Tx and NIR light therapies are also known to be capable of inhibiting cytokine-mediated inflammation, an important factor limiting the progression of chronic wounds towards resolution.
Within the WoundXene project, MXenes-based patch for the treatment of skin chronic wounds, based on simultaneous infection treatment and enhancement of immune-mediated tissue healing, will be developed.
To this aim, the multidisciplinary expertise of the WoundXene Team, composed by leaders in 2D nanomaterials and their biological effects, at the National Research Council (CNR) and the University of Padua (UNIPD), will be essential to achieve the project goals. WoundXene will be carried out in collaboration with Prof. Yury Gogotsi, at Drexel University (USA), co-inventor of MXenes and world leader in the field. CNR team will develop a three-dimensional (3D) printable MXene-based alginate ink on a sustaining 3D mesh made of a biocompatible polymer (polycaprolactone (PCL), polyvinylalcohol (PVA) and/or polylactic acid (PLA)). CNR will assess the efficacy of NIR-mediated therapy against infection and develop advanced 3D printed models for wound healing. The biological properties of the patches will be evaluated by UNIPD team for immunological effects.
The exploitation of cutting-edge high-throughput tools will allow for a comprehensive characterization of WoundXene patches. WoundXene will provide innovative solutions in chronic disease investigating the cutaneous interactions/uptake of strategically designed MXenes, incising their role in biomedicine.

Contatti: luciagemma.delogu@unipd.it