Guarigione migliorata da cerotti elettromagnetici flessibili delle ferite cutanee a spessore totale nei ratti

Chenxing Zhang; Jiahui Ma; Zhichao Ma; Guozhong Lyu

doi:10.3791/69605

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Articolo metodologico

Guarigione migliorata da cerotti elettromagnetici flessibili delle ferite cutanee a spessore totale nei ratti

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DOI:

10.3791/69605

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27 febbraio 2026

Chenxing Zhang^*¹ , Jiahui Ma^*¹ , Zhichao Ma¹ , Guozhong Lyu²

¹Wuxi School of Medicine, Jiangnan University, ²Engineering Research Center of the Ministry of Education for Wound Repair Technology, Jiangnan University, Affiliated Hospital of Jiangnan University

^* These authors contributed equally

In questo articolo

Sommario

Questo protocollo dimostra un metodo per creare ferite cutanee circolari a piena spessore nei ratti e migliorare la loro guarigione utilizzando una coilpatch flessibile in rame che fornisce un campo elettromagnetico pulsato.

Abstract

Le ferite cutanee croniche e grandi presentano sfide cliniche significative a causa della guarigione ritardata e dell'elevato rischio di infezioni. La terapia con campo elettromagnetico pulsato (PEMF) è un approccio non invasivo che può favorire la riparazione dei tessuti. Questo studio descrive un protocollo riproducibile di modello di ferita di ratto utilizzando una bobina di rame stampata flessibile collegata a un controller PCB personalizzato per fornire stimolazione PEMF localizzata a ferite dorsali a spessore completo. La ferita controlaterale fungeva da controllo non trattato. La progressione della guarigione è stata valutata tramite fotografie regolari e misurazioni dell'area della ferita. Il protocollo fornisce un sistema pratico e adattabile per valutare e ottimizzare le terapie basate su PEMF in vivo in varie condizioni, con particolare attenzione all'applicazione localizzata e all'aggiustamento dei parametri per la medicina rigenerativa. La selezione dei parametri si basava su uno schermo ortogonale CCK-8 della proliferazione dei fibroblasti che testava 0,25-1,3 mT, 10-40 Hz e 30-90 minuti al giorno; l'analisi a effetto principale ha identificato 1,3 mT, 30 Hz e 60 min/giorno come livelli ottimali, adottati per i test in vivo .

Introduzione

Le ferite cutanee croniche (come le ulcere diabetiche) sono una preoccupazione sanitaria crescente, spesso portando a una guarigione compromessibile, infezioni o^{amputazione 1}. I trattamenti tradizionali possono essere prolungati e costosi, suscitando l'interesse per terapie aggiuntive che possono accelerare la riparazione dei^{tessuti 2}. La terapia del campo elettromagnetico è uno di questi approccio, non invasivo e ha dimostrato effetti pro-guarigioni sia in contesti preclinici che^clinici 2,3,4,5. I campi elettromagnetici pulsati (PEMF) nella gamma di frequenze estremamente basse (~1-100 Hz) possono stimolare processi cellulari importanti per la riparazione, inclusa l'angiogenesi e il rilascio di fattori^{di crescita} ^2,6,7.

Ad esempio, l'esposizione al PEMF ha accelerato significativamente la chiusura delle ferite in roditori diabetici e sani regolando al meglio il fattore di crescita dei fibroblasti 2 (FGF-2) e aumentando l'angiogenesi⁸. Analogamente, nel modello di guarigione compromessa (ad esempio, ratti diabetici), il trattamento con PEMF ha dimostrato di migliorare i tassi di guarigione e aumentare la resistenza alla trazione del tessuto appena^{formato 9}. Clinicamente, la terapia PEMF è stata esplorata in pazienti con ferite croniche. Uno studio pilota randomizzato su pazienti diabetici con ulcere al piede ha riportato un aumento del flusso sanguigno microcircolatorio e una tendenza a una chiusura più rapida della ferita sotto esposizione a^{PEMF 10}. In generale, il PEMF ha mostrato effetti benefici anche in altri tipi di ferite; ad esempio, è stato osservato un miglioramento della guarigione nelle ustioni trattate con campi magnetici^{pulsati 11}. Questi studi sottolineano collettivamente il potenziale della stimolazione elettromagnetica come terapia complementare per la cura delle^ferite 8,9,10,11.

Rispetto agli stimolatori convenzionali cablati, l'attuazione magnetica elimina la necessità di connettori transcutanei e riduce il rischio di complicazioni legate all'hardware. I sistemi magnetici wireless hanno raggiunto una stimolazione specifica per tessuto in altri contesti, ad esempio, un condotto di guida nervosa conduttivo può generare microcorrenti indotte sotto un campo magnetico alternato, con l'ampiezza della corrente determinata indirettamente dai parametri^{del campo 12}. Le strategie magnetiche possono anche supportare la vascolarizzazione — un collo di bottiglia critico nella guarigione della pelle — poiché i campi magnetici statici o dinamici, da soli o in combinazione con biomateriali magneticamente responsivi, hanno dimostrato di modulare il comportamento endoteliale e la segnalazione^{angiogenica 13}. Questi precedenti hanno motivato lo sviluppo di un approccio indossabile: una patch a coil conforme, rimovibile, che concentra il PEMF sul letto della ferita preservando la non invasività e la programmabilità^{esterna 12,13}. Nel protocollo seguente, dettagliamo i passaggi per implementare questa terapia PEMF in un modello di ferita a spessore totale su ratto, inclusa l'applicazione del dispositivo, il regime di stimolazione e la valutazione degli esiti.

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Protocollo

Tutte le procedure animali sono state approvate dal Comitato per la Cura e l'Uso degli Animali Istituzionali (IACUC) dell'Università di Jiangnan (JN. No2025-0630S0360-915[408]). Abbiamo implementato il protocollo utilizzando maschi di ratti SD (6-8 settimane, circa 200-250 g). Prima degli esperimenti, i ratti venivano ospitati individualmente con libero accesso a cibo e acqua, mantenuti su un ciclo di 12 ore luce/buio, in conformità con la Guida per la Cura e l'Uso degli Animali da Laboratorio.

1. Creazione di ferite escisionali a spessore totale

Prepara l'animale e il campo chirurgico.
1. Indurre anestesia con isoflurano al 3-4% in una camera di induzione. Dopo la perdita del riflesso di raddrizzamento, mantenere l'anestesia a ~2% tramite il cono nasale.
2. Posiziona il ratto in posizione prona su una superficie chirurgica sterile. Radere la regione toracica dorsale (scapole fino alla zona lombare media, comprese le fiancate) con una tosa elettrica.
3. NOTA: Rimuovere il pelo da almeno un'area di 5 × 5 cm su ciascun lato della linea mediana per consentire un accesso chirurgico chiaro e il posizionamento delle spirali.
4. Disinfettare l'area rasata con etanolo al 70% seguito da soluzione di iodoforo. Ripeti lo scrub etanolo/iodio tre volte, terminando con lo iodio.
5. Coprire il campo chirurgico con garze sterili, lasciando esposti solo i siti pianificati delle ferite.
Crea ferite escisionali bilaterali a spessore completo.
1. Delineare due cerchi di 2 cm di diametro sui fianchi dorsali utilizzando un marcatore chirurgico sterile, posizionando uno per lato della linea mediana dietro gli arti anteriori.
  NOTA: Assicurarsi che entrambi i cerchi siano uguali in dimensione e posizionati simmetricamente per consentire il confronto all'interno degli animali^14,15.
2. Elimina l'area circolare segnata della pelle usando forbici sterili o un bisturi. Rimuovere epidermide, dermide e panniculus carnoso per creare una ferita a spessore completo (~3,14 cm²).
3. Raggiungere l'emostasi applicando una pressione delicata con garze sterili. Crea una ferita identica di 2 cm sul fianco controlaterale usando la stessa tecnica.
  NOTA: Il letto della ferita dovrebbe essere composto da fascia o muscolo esposto senza dermide residua.
4. Somministrare analgesia postoperatoria immediatamente dopo la formazione della ferita (ad esempio, lidocaina 4 mg/kg sottocutanea).
Assegna gruppi sperimentali.
1. Utilizzare un design interno al soggetto in cui una ferita riceve un trattamento PEMF e la ferita controlaterale funge da controllo.
2. Includere una coorte separata che riceva un dispositivo fittizio (bobina identica e non alimentata) per controllare la presenza del dispositivo.
3. Mantenere controlli non trattati o trattati a finta soluzione per distinguere gli effetti elettromagnetici dagli effetti di maneggiamento o medicazione.

2. Applicazione del dispositivo PEMF

Medica la ferita e posiziona la spirale.
1. Posizionare una garza sottile sterile o un film semipermeabile direttamente sopra la ferita destinata al trattamento PEMF. Assicurati di coprire completamente il letto della ferita.
2. Posizionare la patch flessibile di rame sulla ferita medicata (Figura 1). Centra la spirale in modo che la ferita si trovi sotto la metà della spirale.
  NOTA: Il diametro della bobine (~5 cm) può estendersi oltre i margini della vittoria; Assicurati che la ferita rimanga all'interno della zona di campo magnetico efficace.
Fissa la bobina.
1. Fissa la bobina usando nastro adesivo di grado medico avvolto delicatamente intorno al busto. Mantieni un contatto stretto tra la spirale e la medicazione senza comprimere il torace.
2. Posiziona una striscia flessibile di alluminio sopra la bobina per stabilizzare la posizione, se necessario. Evita di limitare la respirazione o il flusso sanguigno locale.
3. Instradare i fili di sfilo lontano dal corpo (ad esempio, verso la testa) per evitare l'aggroviglio.
Somministrare la stimolazione PEMF.
1. Collega la bobina al controller del PCB (Figura 2) e attiva il dispositivo. Imposta i parametri di stimolazione a frequenza di 30 Hz e a una forza di campo magnetico di ~1,3 mT per 60 minuti al giorno.
2. Esegui sessioni di stimolazione alla stessa ora ogni giorno (±1 ora) per mantenere intervalli costanti.
  NOTA: Questi parametri sono stati selezionati sulla base dello screening ortogonale CCK-8 (0,25-1,3 mT, 10-40 Hz, 30-90 min/giorno, Tabella 1) che identificava 1,3 mT, 30 Hz e 60 min/giorno come ottimali (Tabella 2).
3. Posiziona una spirale inattiva identica sulla ferita di controllo per 1 ora per fornire un trattamento finto. Segna chiaramente la bobina finta per evitare confusione.
Rimuovi il dispositivo e ispeziona la ferita.
1. Spegni il controller dopo 60 minuti. Rimuovi con attenzione la bobina e i materiali adesivi.
2. Ispeziona la ferita per eventuali sanguinamento, edema o effetti collaterali. Sostituisci la garza sterile se necessario.
  NOTA: La temperatura superficiale della bobina rimane vicina alla temperatura ambiente durante una stimolazione di 1 ora; non è stato osservato alcun riscaldamento significativo.
Fornisci cure post-trattamento.
1. Indossa un collare elisabettiano per prevenire traumi personali. Assicurati di adattarti correttamente senza compromettere la respirazione o l'alimentazione.
2. Avvolgi leggermente una garza intorno agli arti posteriori per ridurre il graffio delle ferite dorsali.
3. Monitora il ratto finché non si riprende completamente dall'anestesia. Continuare l'analgesia (ad esempio, lidocaina 4 mg/kg ogni 12 ore per 2-3 giorni o secondo il protocollo istituzionale).
4. Ripeti i trattamenti PEMF giornalieri per tutta la durata dello studio (ad esempio, 14 giorni).

3. Monitoraggio delle ferite e raccolta dati

Cattura immagini delle ferite.
1. Fotografare le ferite a 0, 3, 7, 10 e 14 giorni dopo la ferita. Anestetizzare leggermente gli animali se necessario per prevenire il movimento.
2. Includere una scala di misura in ogni immagine e posizionare la telecamera perpendicolare alla ferita a una distanza^{fissa 14,15}.
Misura l'area della ferita.
1. Calibra la scala dell'immagine in ImageJ usando il righello di riferimento. Tracciare i margini della ferita per calcolare l'area in mm².
2. Registra l'area della ferita in ogni momento e calcola la percentuale di chiusura rispetto alla linea di base.
3. Confrontare quantitativamente le ferite trattate con PEMF e quelle di controllo.
Prelevare tessuto per istologia (facoltativo).
1. Eutanasiare gli animali al punto finale sperimentale secondo procedure approvate da IACUC.
2. Espelle i campioni di tessuto della ferita e fissa la formalina per l'elaborazione istologica.
3. Eseguire l'inglobazione e la colorazione della paraffina (ad esempio, H&E, Tricromo di Masson) per valutare la deposizione di collagene, la riepitelizzazione e l'angiogenesi^13,16.

4. Analisi e interpretazione dei dati

Genera curve di chiusura della ferita.
1. Traccia la chiusura percentuale delle ferite nel tempo per ogni gruppo.
2. Calcola la velocità di guarigione e il tempo per raggiungere le soglie di chiusura predefinite.
Esegui analisi statistiche.
1. Compila i dati sull'area della ferita per tutti gli animali e calcola la media ± SD in ogni momento temporale.
2. Confermare la normalità (test di Shapiro-Wilk) e l'omogeneità della varianza (test di Levene).
3. Analizza le differenze usando ANOVA bidirezionale con i fattori "Trattamento" e "Tempo". Esegui i test post hoc di Tukey se viene rilevata un'interazione significativa.
4. Definisci la significanza statistica come *p < 0,05 e **p < 0,01.

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Risultati

In questo modello di ferita a topo a spessore completo, la terapia PEMF giornaliera tramite una chiotta a coil flessibile ha portato a una chiusura della ferita significativamente più rapida rispetto ai controlli. Per valutare rigorosamente l'effetto, i ratti sono stati assegnati in tre gruppi basati sul disegno sperimentale descritto nella sezione Protocollo: un gruppo di controllo all'interno del soggetto (dove ogni ratto aveva una ferita trattata con PEMF e una ferita controlaterale n...

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Discussione

I passaggi critici includono la creazione di avvolgimenti simmetrici a spessore completo, l'assicurazione che la zona della bobina riposi piatta su una barriera sterile senza spazi e il mantenimento di un'esposizione quotidiana costante; Le deviazioni possono ridurre la consegna sul campo e aumentare la variabilità nei risultati della guarigione.

Questo lavoro presenta diverse limitazioni che dovrebbero essere considerate nell'interpretazione dei risultati e n...

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Dichiarazioni

Gli autori dichiarano di non avere conflitti di interesse o interessi finanziari nei prodotti o dispositivi utilizzati in questo studio. Il dispositivo PEMF personalizzato descritto è a scopo di ricerca e non è affiliato commercialmente.

Ringraziamenti

Ringraziamo il dottor Zhang per le discussioni approfondite e il dottor Fu per l'aiuto nella cura degli animali e nell'istologia. Questo lavoro è stato supportato dal (2022YFC3006200) National Key R&D Program of China. Gli autori riconoscono inoltre il personale della struttura veterinaria della Wuxi School of Medicine dell'Università di Jiangnan per il supporto fornito durante gli esperimenti in vivo .

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Piastre di coltura cellulare a 96 pozzi	BaiDi	H908002	Per il saggio CCK-8
VETRINI PER MICROSCOPIO ADERENTE	CITOTESTO	P/N.80312-3161	Equipaggiamento per H& Colorazione E/Masson
Analgesico (iniezione di cloridrato di lidocaina)	HUAMU	70011657	Analgesico oppioide, 4 mg/kg (per il controllo del dolore)
Macchina per anestesia	Scienze della Vita RWD (Shenzhen, CN)	R520-ISO	Vaporizzatore di isoflurano con fornitura di ossigeno
Macchina automatica per la colorazione immunoistochimica	Leica	21.2201	colorazione immunoistochimica automatizzata
Punzone per biopsia (20 mm)	Integra Miltex	#33-37	Punzone circolare con pelle, diametro 2 cm
Fotocamera, digitale	Huawei Mate 70 Pro	N/A	≥ 12 MP per l'imaging delle ferite
Anticorpo CD31	Abcam	ab182981	Marcatore endoteliale per l'IHC (Figura 4B)
Anticorpo CD34	Abcam	ab81289	Marcatore endoteliale per l'IHC (Figura 4B)
Kit di conteggio delle celle-8 (CCK-8)	Biosharp	BS350B	Utilizzato per lo screening dei parametri PEMF in vitro (OD450)
Piatto per coltura cellulare (10 cm)	BaiDi	H802004	piastra di coltura tissutale da 10 cm (100 mm) per coltura di fibroblasti
Mezzo di coltura cellulare (ad esempio, DMEM + FBS)	BaiDi	L100-500	Per la coltura di fibroblasti nello screening CCK-8
Incubatore a CO2	Thermo	BB150-2TCS-L	Per la coltura di fibroblasti
Bobina, rame flessibile	Fabbricato su misura (interno)	N/A	Bobina a spirale stampata (5 cm di diametro, poliimide)
Scheda controllore (generatore PEMF)	Costruita su misura (progettazione interna)	N/A	PCB personalizzato, pilota la bobina a 30 Hz, ~1,3 mT
Tagliacapelli elettrico	Wahl o Oster (toelettatura degli animali domestici)	Modello 9160	Tosatrice per la toelettatura degli animali per pelliccia da barba
Collare elisabettiano (roditore)	MukeBio	MK-EC-01	Prevenire interferenze con ferite
Stazione di Embedding	Epredia HistoStar	A81000002	Elaborazione per l'istologia (se eseguita)
Mascherina facciale	vedeng	V531596	Mantenere l'anestesia
Fibroblasti (linea cellulare L929)	Procell	CL-0137	Cellule utilizzate per lo screening della proliferazione del CCK-8
Software di simulazione agli elementi finiti (ad esempio, COMSOL Multiphysics)	COMSOL	CM010004	Simulazione del campo magnetico (Figura 5B-C)
Stecca a striscia flessibile in alluminio	deargo	1592	Supporto per prevenire lo spostamento della bobina
Pinza	Maestoso	01625	Per la gestione della pelle e le medicazioni durante l'intervento chirurgico
Ematoxilina & Eosina (H&; E) Tintura e sigillatura automatica	DRS-Prisma-P+FILM	61770249	Consumabile per colorazioni istologiche di routine
Software per l'analisi delle immagini	Istituti Nazionali di Salute	Versione 1.54	Per la misurazione dell'area della ferita (ad esempio, ImageJ)
Software per l'analisi delle immagini	Istituti Nazionali di Salute	Versione 1.54	Per la misurazione dell'area della ferita (ad esempio, ImageJ)
Camera a induzione	Scienze della Vita RWD (Shenzhen, CN)	802-00132-00	Induzione da anestesia isoflurano
Telecamera a immagine termica a infrarossi	HIKMICRO	H11	Monitorare la temperatura superficiale della bobina (Figura 5A)
Disinfettante Povidone di Iodio 10%	HYNAUT	N/A	Antisettico cutaneo (iodoforo)
Isoflurano	Scienze della Vita RWD (Shenzhen, CN)	20037015	Anestetico inalatorio (grado USP)
Iniezione di lidocaina 10%	SANMA	N/A	Per analgesia post-operatoria
Kit di colorazione tricroma di Masson	BASO	C250202	Consumabile per la visualizzazione di collagene/ECM
Marcatore e righello medico per la pelle	Tondaus	N/A	Includere la scala nelle fotografie delle ferite
Lettore di microplacche	Thermo	A51119500C	Per la misurazione OD450 nel saggio CCK-8
Microtomo	Epredia HM 340E	23900670	Taglio in sezione per istologia/IHC (se eseguito)
Fissatore tissutale a poliformaldeide	Condividi-biografia	SB-C009	Fissazione di esemplari di tessuto animale
Gabbia per ratti	FengQiao	CP-JM	Gabbia standard per ratti e abitazioni individuali.
Rats, Sprague Dawley (maschio, 6 e linee; 8 settimane)	WeiJingyu SUZHOU	SCXK2024-0004	200– 250 g; alloggiati singolarmente; Uso approvato dall'IACUC
Bisturi	Jinhuan	35W0602	Per la creazione di ferite escisionali
Rivestimento semipermeabile della pellicola	ZD	D20189	Barriera alternativa alla ferita
Software di analisi statistica (ad esempio, GraphPad Prism o R)	Software Mackeiv	10.6.9(890)	ANOVA bidirezionale e confronti multipli post hoc
Garza sterile	ZD	3141626	Medicazione/barriera protettiva per ferite
Tende chirurgiche sterili	ZD	V271617	Per drappeggiare il campo chirurgico dopo la preparazione della pelle
Forbici chirurgiche	Maestoso	01627	Per la creazione di ferite escisionali
Siringhe e aghi	MINANK	20193141643	Per somministrazione di analgesici sottocutanei
Scanner a vetrata intera	3DHISTECH	N/A	Scansione digitale delle diapositive

Riferimenti

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