Pensos inovadores para o tratamento de feridas crónicas

Abstract

The skin is a complex, multifunctional organ that covers the entire external surface of the human body and is, therefore, the most susceptible to injury. When a skin wound occurs, a series of mechanisms are triggered for its regeneration to avoid prolonged exposure of the human body to dangers from the outside. The regeneration of wounds is a process of steps that aims at re-establishing the functions of the organism’s injured tissues in the shortest possible period of time, with the smallest formation of scar and necrotic tissue possible and with the least pain and discomfort to the patient.These wounds can be classified according to their form and repairing time, in acute wounds or chronic wounds. Acute wounds have total regeneration, recovery, with minimal deformation, and the anatomical and functional integrity of the skin for a period of time which is considered acceptable. Unlike acute wounds, chronic wounds are characterized by long regeneration times. This is due to failures in the stages that occur throughout the regeneration process, which can be from several causes. Among those, some stand out as prolonged pathogenic inflammation or reinfections caused by pathogenic bacteria, which have a strong tendency to develop antibacterial resistance.According to the World Health Organization, antibacterial resistance is a problem of global concern and needs urgent resolution. In the current health context, the use of wound dressings has been a recurrent practice in the treatment of chronic wounds. Considering its great versatility, polyurethane foams represent a unique platform for wound regeneration, having several characteristics such as the possibility of adjusting/controlling its structure, and therefore the choice of its constituent monomers is fundamental. The incorporation of topical agents in polyurethane foams has been one of the most exploited properties to develop antimicrobial properties resulting in a reduction in time required for the wound regeneration process.The development of polycationic biomaterials, as active contact systems, without the release of active substances, has proven significant in combating insurgent antibacterial resistance. Combining these systems with controlled release systems of biocidal agents can enhance their efficiency in the treatment and prevention of bacterial infections, reducing the risk of antimicrobial resistance. On the other hand, detecting pathogenic infections in advance and monitoring the condition of the wound are other major factors that can facilitate the entire treatment of chronic wounds by inhibiting the development of antibacterial resistance.The main objective of this dissertation is the development and characterization of a multifunctional biomaterial, a PU foam pad for application in chronic wounds, with antimicrobial properties and/or the ability to monitor the state of the wound. Regarding the synthesis of polyurethane foams were selected as constituent monomers: Emerox 14550 polyol for being synthesized from natural sources (~82%) and biodegradable; isocyanates isophorone diisocyanate (IPDI) and poly(hexamethylene diisocyanate) (poly(HDI)) as low volatile aliphatic isocyanates having lower toxicity than other aromatic isocyanates. The latter also has a dual function of forming the PU chain and serving as a crosslinking agent.These antimicrobial properties result from the combination of a conjugated active contact system, through the functionalization of biodegradable and biocompatible foams of PU with a LI (T2EG) of the quaternary ammonium family, thus possessing a broad spectrum of antimicrobial activity, forming a polycationic matrix, with the release of a biocidal agent, through the incorporation of an antibiotic (ciprofloxacin) in the cationic polymer matrix, to enhance its efficiency in the treatment and prevention of bacterial infections.Regarding the ability to monitor the state of the wound, it was proposed the use of a colorimetric technique through the functionalization of cationic polyurethane foams with a colorimetric agent (phenol red). This enables the monitorization of the wound without the need to remove the dressing. In addition, it is intended to characterize the materials obtained and, at a later stage, perform biological tests on them. These aim to determine whether the system proposed in this work brings together the properties and, consequently, presents the potential to, in the future, be considered as a viable alternative for its use as a dressing for wounds.

A pele é um órgão multifuncional, bastante complexo, que reveste toda a superfície externa do corpo humano sendo, por isso, o mais suscetível de lesões. Quando ocorre uma ferida na pele, uma série de mecanismos é desencadeada com vista à sua regeneração de forma a evitar a exposição prolongada do corpo humano a perigos provenientes do meio exterior. A regeneração de feridas é um processo de etapas que tem como objetivo principal o restabelecimento de funções dos tecidos lesados do organismo no menor período de tempo possível, a menor formação de tecido cicatricial e necrótico possível, e com a menor dor e desconforto para o paciente. Estas feridas podem ser classificadas relativamente à forma e ao tempo de reparação da mesma, em feridas agudas ou feridas crónicas. As feridas agudas apresentam uma regeneração total, recuperando, com o mínimo de deformação, a integridade anatómica e funcional da pele num período de tempo considerado aceitável. Ao contrário das feridas agudas, as feridas crónicas são caracterizadas por demorarem um longo período de tempo a regenerar. Tal deve-se a falhas nas etapas que ocorrem durante todo o processo de regeneração, podendo estas ser provenientes de várias causas, entre as quais se destacam uma prolongada inflamação patogénica ou reinfeções causadas por bactérias patogénicas, as quais tem grande tendência a desenvolver resistências antibacterianas. De acordo com a Organização Mundial da Saúde, a resistência antibacteriana é um problema de preocupação global e que necessita de soluções urgentes de resolução.No contexto sanitário atual, o uso de pensos para feridas tem sido a prática recorrente no tratamento feridas crónicas. Considerando a sua grande versatilidade, as espumas de poliuretano representam uma plataforma única para a regeneração de feridas, possuindo diversas características como a possibilidade de ajustar/controlar a sua estrutura, sendo por isso, fundamental a escolha dos seus monómeros constituintes. A incorporação de agentes tópicos nas espumas de poliuretano tem sido uma das propriedades mais exploradas de forma a desenvolver propriedades antimicrobianas resultando numa redução de tempo necessária para o processo de regeneração de feridas. O desenvolvimento de biomateriais policatiónicos, como sistemas de contacto ativo, sem libertação de substâncias ativas, têm tido grande relevância como soluções para combater a insurgente resistência antibacteriana. A combinação destes sistemas, com sistemas de libertação controlada de agentes biocidas podem potenciar a sua eficiência no tratamento e prevenção de infeções bacterianas, reduzindo o risco de resistência antimicrobiana. Por outro lado, a deteção de infeções patogénicas antecipadamente e a de monitorização do estado da ferida são outros grandes fatores que podem facilitar todo o tratamento de feridas crónicas inibindo o desenvolvimento resistências antibacterianas. O principal objetivo desta dissertação foi o desenvolvimento e caracterização de um biomaterial multifuncional, um penso de espumas de PU para aplicação em feridas crónicas, com propriedades antimicrobianas e/ou capacidade de monitorização do estado da ferida.Relativamente à síntese das espumas de poliuretano foram selecionados como monómeros constituintes: o poliól Emerox 14550 por ser sintetizado a partir de fontes naturais (~82%) e biodegradável; e os isocianatos diisocianato de isoforona (IPDI) e o poli(hexametileno diisocianato) (poli(HDI)) por serem isocianatos alifático pouco voláteis tendo menor toxicidade que outros isocianatos aromáticos. Este último apresenta também uma dupla função de formar a cadeia de PU e de servir de agente reticulante.Relativamente às propriedades antimicrobianas estas resultam da combinação de um sistema de contacto ativo conjugado, através da funcionalização de espumas biodegradáveis e biocompatíveis de PU com um LI (T2EG) da família dos amónios quaternários, possuindo assim um espetro largo de atividade antimicrobiana,, formando uma matriz policatiónica, com a libertação de um agente biocida, através da incorporação de um antibiótico (ciprofloxacina) na matriz polimérica catiónica, por forma a potenciar a sua eficiência no tratamento e prevenção de infeções bacterianas. Relativamente à capacidade de monitorização do estado da ferida propôs-se o uso de uma técnica colorimétrica, através da funcionalização das espumas catiónicas de poliuretano com um agente colorimétrico (vermelho de fenol) com o intuito de lhes conferir uma capacidade de monitorização do estado da ferida sem ser necessário a remoção do penso para tal.Adicionalmente, pretende-se caracterizar os materiais obtidos e, numa fase posterior, realizar ensaios biológicos dos mesmos. Estes têm por objetivo determinar se o sistema proposto neste trabalho, reúne as propriedades e, consequentemente, se apresenta potencial para, no futuro, ser considerado como alternativa viável para o seu uso como penso para feridas.