Kleine elektrische generatoren kunnen wondgenezing versnellen

Kleine verbanden die elektriciteit opwekken als reactie op beweging, kunnen wondgenezing en weefselregeneratie versnellen. Wetenschappers in Taiwan beoordeelden de nieuwste ontwikkelingen en mogelijke toepassingen van wondgenezingstechnologie in het tijdschrift Wetenschap en technologie van geavanceerde materialen.

Het natuurlijke wondgenezingsproces omvat complexe interacties tussen ionen, cellen, bloedvaten, genen en het immuunsysteem, waarbij elke speler wordt getriggerd door een reeks moleculaire gebeurtenissen. Een integraal onderdeel van dit proces omvat het genereren van een zwak elektrisch veld door het beschadigde epitheel – de cellaag die weefsel bedekt. Het elektrische veld vormt zich als gevolg van een ionengradiënt in het wondbed, dat een belangrijke rol speelt bij het sturen van celmigratie en het bevorderen van bloedvatvorming in het gebied.

Halverwege de twintigste eeuw ontdekten wetenschappers dat het stimuleren van weefsel met een elektrisch veld de wondgenezing zou kunnen verbeteren. Het huidige onderzoek op dit gebied is nu gericht op het ontwikkelen van kleine, draagbare en goedkope patches die niet worden gehinderd door externe elektrische apparatuur.

Dit heeft geleid tot onderzoek naar piëzo-elektrische materialen, waaronder natuurlijke materialen zoals kristallen, zijde, hout, botten, haar en rubber, en synthetische materialen zoals kwartsanalogen, keramiek en polymeren. Deze materialen genereren een elektrische stroom wanneer ze worden blootgesteld aan mechanische belasting. Vooral nanogeneratoren die zijn ontwikkeld met behulp van de synthetische materialen zijn veelbelovend.

Sommige onderzoeksteams onderzoeken bijvoorbeeld het gebruik van zelfaangedreven piëzo-elektrische nanogeneratoren gemaakt met zinkoxide nanostaafjes op een polydimethylsiloxaanmatrix voor het versnellen van wondgenezing. Zinkoxide heeft het voordeel piëzo-elektrisch en biocompatibel te zijn. Andere wetenschappers gebruiken steigers gemaakt van polyurethaan en polyvinylideenfluoride (PVDF) vanwege hun hoge piëzo-elektriciteit, chemische stabiliteit, fabricagegemak en biocompatibiliteit. Deze en andere piëzo-elektrische nanogeneratoren hebben veelbelovende resultaten laten zien in laboratorium- en dierstudies.

Een ander type apparaat, een tribo-elektrische nanogenerator (TENG) genoemd, produceert een elektrische stroom wanneer twee interfacing-materialen met elkaar in en uit contact komen. Wetenschappers hebben geëxperimenteerd met TENG’s die elektriciteit opwekken uit ademhalingsbewegingen, bijvoorbeeld om de wondgenezing bij ratten te versnellen. Ze hebben ook TENG-pleisters geladen met antibiotica om wondgenezing te vergemakkelijken door ook gelokaliseerde infecties te behandelen.

“Piëzo-elektrische en tribo-elektrische nanogeneratoren zijn uitstekende kandidaten voor zelfondersteunde wondgenezing vanwege hun lichte gewicht, flexibiliteit, elasticiteit en biocompatibiliteit,” zegt bio-ingenieur Zong-Hong Lin van de National Tsing Hua University in Taiwan. “Maar er zijn nog verschillende knelpunten voor hun klinische toepassing.”

Ze moeten bijvoorbeeld nog steeds op maat worden gemaakt, zodat ze geschikt zijn voor de maat, aangezien de wondafmetingen sterk variëren. Ze moeten ook stevig worden vastgemaakt zonder negatief te worden aangetast of gecorrodeerd door de vloeistoffen die van nature uit wonden komen.

“Ons toekomstige doel is om kosteneffectieve en zeer efficiënte wondverbandsystemen te ontwikkelen voor praktische klinische toepassingen,” zegt Lin.