Convalida clinica di un dispositivo di imaging digitale a fluorescenza "portatile" per applicazioni di cura delle ferite

Introduzione e motivazione:

La cura delle ferite è una grande sfida clinica e rappresenta un onere enorme per l'assistenza sanitaria in tutto il mondo. Man mano che le ferite (croniche e acute) guariscono, si verificano una serie di cambiamenti biologici chiave nella sede della ferita a livello tissutale e cellulare. Tra questi vi sono l'infiammazione, la riformazione della barriera epidermica e il rimodellamento del tessuto connettivo nel derma. Tuttavia, una delle principali complicanze comuni che si verificano durante il processo di guarigione della ferita, che può durare da giorni a mesi, è l'infezione batterica. Ciò può comportare un serio impedimento al processo di guarigione e portare a complicazioni significative, specialmente nelle ferite croniche che non guariscono. Attualmente, la cura delle ferite standard include il monitoraggio di possibili infezioni mediante ispezione visiva diretta sotto luce bianca e prelevando campioni per l'analisi in laboratorio che richiede circa due giorni per fornire un risultato. Tuttavia, la valutazione visiva qualitativa fornisce solo una visione grossolana del sito della ferita (ad es. presenza di materiale purulento e formazione di croste) ma non fornisce le informazioni di fondamentale importanza sui cambiamenti sottostanti che si verificano a livello tissutale e cellulare (ad es. rimodellamento, infiammazione e necrosi).

Tutte le ferite croniche contengono batteri. Ma se la ferita è in equilibrio batterico (contaminazione con organismi in superficie o colonizzazione con organismi nel tessuto disposti in microcolonie senza causare danni) o squilibrio batterico (colonizzazione critica e infezione) è di primaria importanza per la guarigione. È importante notare che esiste un continuum di presenza batterica che progredisce dall'equilibrio batterico al danno batterico in una ferita cronica. La diagnosi di infezione viene tipicamente effettuata clinicamente sulla base di segni e sintomi all'interno e intorno al letto della ferita locale, alle strutture più profonde e alla cute circostante. La presenza e la gravità dell'infezione batterica viene tipicamente diagnosticata in base all'aspetto clinico della ferita alla luce bianca (cioè dolore, essudato purulento, formazione di croste, gonfiore, eritema, calore). Uno dei problemi principali è che la contaminazione batterica all'interno e attorno a una ferita non può essere determinata direttamente dalla visualizzazione dei batteri stessi sotto luce bianca, ma si basa su segni e sintomi clinici causati da contaminazione batterica e/o infezione all'interno della ferita (ad esempio, dolore, essudato purulento, formazione di croste, tumefazione, eritema, calore).

Il rimodellamento e la guarigione dei tessuti connettivi nelle ferite comporta la sintesi e la degradazione simultanee delle fibrille di collagene. Questi batteri includono specie comuni che si trovano tipicamente nei siti della ferita (ad es. specie Staphylococcus e Pseudomonas). I tamponi batterici vengono raccolti al momento dell'esame della ferita e hanno il vantaggio di fornire l'identificazione di specifiche specie batteriche/microbiche e la quantificazione della carica batterica. Tuttavia, spesso, più tamponi vengono raccolti in modo casuale dal sito della ferita e questi non sono mirati, e alcune tecniche di tampone possono diffondere i microrganismi intorno alla ferita durante il processo di raccolta, influenzando così i tempi di guarigione e la morbilità del paziente. Questo può essere un problema soprattutto con ferite croniche di grandi dimensioni (che non guariscono) in cui la resa di rilevamento della presenza batterica non è ottimale, nonostante la raccolta di più tamponi. Inoltre, i risultati della coltura batteriologica spesso impiegano circa 2-4 giorni per tornare dal laboratorio, ritardando così in modo significativo la diagnosi e il trattamento. Pertanto, i tamponi batterici non forniscono il rilevamento in tempo reale dello stato infettivo delle ferite. Inoltre, sebbene il tampone della ferita sembri semplice, può portare a trattamenti inappropriati, morbilità del paziente e aumento delle degenze ospedaliere se non eseguito correttamente. Un metodo basato su immagini che consente il monitoraggio in tempo reale della guarigione della ferita, in particolare del rimodellamento precoce del tessuto connettivo dermico e la presenza di contaminazione batterica e/o infezione nel tempo potrebbe avere un impatto clinico significativo.

L'imaging dell'autofluorescenza è stato utilizzato in gastroenterologia per visualizzare sia la fluorescenza del collagene che quella batterica negli studi clinici. Desideriamo espandere l'uso della tecnologia di imaging dell'autofluorescenza tissutale alla cura e alla gestione delle ferite al fine di fornire informazioni biologicamente rilevanti del sito della ferita a livello tissutale e biomolecolare in tempo reale durante il processo di guarigione. Se utilizzata per valutare le ferite, l'autofluorescenza tissutale può aiutare a determinare il grado di guarigione della ferita e la presenza di infezione batterica. Nei test preclinici preliminari, abbiamo scoperto che quando le ferite sono illuminate da una specifica combinazione di lunghezza d'onda della luce di eccitazione, i componenti del tessuto endogeno emettono un segnale fluorescente caratteristico, mentre i batteri emettono un segnale di fluorescenza unico.

Abbiamo recentemente sviluppato un'innovativa piattaforma di imaging molecolare ottico basata su tecnologie di fluorescenza e luce bianca ad alta risoluzione in un palmare, in tempo reale, ad alta risoluzione, non invasivo (ad es. formato senza contatto). Questa invenzione offre per la prima volta il rilevamento in tempo reale di importanti informazioni biologiche e molecolari di una ferita e potrebbe avere un impatto significativo sul miglioramento della cura e della gestione delle ferite convenzionali. Sulla base di numerosi test preclinici, la tecnologia proposta ha la capacità di raccogliere immagini di autofluorescenza delle ferite e di rilevare la presenza e le relative modifiche nel contenuto di tessuto connettivo e nella biodistribuzione coinvolte nella guarigione delle ferite. Può anche rilevare la prima indicazione di contaminazione batterica/microrganica all'interno della ferita (che è occulta alla valutazione visiva basata sulla luce bianca standard), fornendo così una misura dello stato di infezione. Ciò potrebbe avere un impatto significativo sulla cura e sulla gestione clinica delle ferite i) riducendo le complicazioni associate al mancato rilevamento dell'infezione batterica, ii) facilitando il tampone/la biopsia guidati da immagini e iii) monitorando la guarigione della ferita nel tempo. Inoltre, il design compatto e portatile della piattaforma del dispositivo di imaging lo rende ideale per l'ambiente clinico di cura delle ferite e per l'uso presso il punto di cura per le visite di assistenza domiciliare.

Obiettivi di studio e scopi specifici

L'obiettivo principale di questo studio clinico è valutare l'uso e l'efficacia della nostra piattaforma di dispositivi di imaging digitale a fluorescenza "portatile" per il monitoraggio clinico non invasivo in tempo reale delle ferite croniche per la guarigione e la contaminazione batterica/lo stato infettivo nel tempo. Questo ci consentirà di determinare se il dispositivo è in grado di rilevare e tracciare longitudinalmente i cambiamenti intrinseci che possono verificarsi durante il processo di guarigione della ferita, inclusi, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, il rimodellamento del collagene e l'infezione batterica del sito della ferita.

Come obiettivo secondario, desideriamo ottenere preziosi dati dell'utente finale sull'utilità clinica del dispositivo all'interno dell'ambiente clinico della ferita. Queste informazioni verranno utilizzate per ottimizzare le versioni successive del dispositivo durante lo sviluppo del prodotto.

Soprattutto, speriamo di verificare in modo conclusivo il valore aggiunto che questo dispositivo di imaging apporta alla pratica tradizionale della cura delle ferite e in che misura cambierà il gold standard.

Obiettivi specifici:

1. Per determinare se il dispositivo di imaging a fluorescenza è in grado di rilevare i cambiamenti nel tessuto connettivo nel tempo che possono essere correlati alla guarigione o al rimodellamento della ferita, rispetto ai cambiamenti delle dimensioni della ferita nel tempo.
2. Per determinare l'efficacia del dispositivo di imaging a fluorescenza nel rilevare la presenza (o la contaminazione) di batteri all'interno e intorno a una ferita (compresa l'infezione), rispetto ai metodi di best practice standard (ad es. visualizzazione della luce bianca e segni e sintomi clinici, con tamponi e batteriologia come "gold standard").
3. Identificare le relazioni tra l'imaging in autofluorescenza di tessuti e batteri nelle ferite (compreso il margine della ferita) e quanto segue: i) segni clinici di infezione, ii) carica microbica (ovvero, numero di organismi per grammo di tessuto della ferita) e iii) diversità delle specie microbiche nella ferita (cioè, numero di specie diverse isolate per ferita) e firma di Gram.