Physical and chemical characterization of mannose functionalized collagen-based biomaterial intended for wound healing

The Local Immunoactive Patch (LIP) is a collagen-based bioactive material functionalized with mannose, with the aim of inducing macrophage polarization from Mφ1 to Mφ2 and promoting faster tissue healing. It is intended to treat chronic wounds, where the healing is impaired due to unresolved inflammation. Diabetic foot ulcers are one of the most common chronic wounds, affecting about 25% of all patients with diabetes mellitus, which are more than 34 million people just in the U.S (according to CDC). The collagen membrane was synthesized with a solvent casting method and the functionalization obtained through EDC NHS coupling, establishing an easy, inexpensive, and scalable fabrication method. The chemical characterization of the LIP proved the effectiveness of the functionalization, while the physical characterization showed that the process of functionalization affected the Young’s modulus of the LIP in the wet status, stiffening it from 3.1 ± 0.4 MPa to 13.7 ± 2 MPa. In vitro and in vivo studies will be needed to assess the LIP's behavior and interaction with cells, especially its effect on macrophages' polarization, and differentiate between the effects caused by the chemical and physical modifications of the collagen membrane.

Il Local Immunoactive Patch (LIP) è un materiale bioattivo a base di collagene funzionalizzato con il mannosio, che è in grado di indurre la polarizzazione dei macrofagi da Mφ1 a Mφ2 e accelerare il processo di guarigione dei tessuti. Questo dispositivo è stato sviluppato per trattare ferite e ulcere croniche, dove la guarigione è compromessa a causa di un'infiammazione non risolta. Tra le ferite croniche più comuni, le ulcere diabetiche al piede colpiscono circa il 25% dei pazienti affetti da diabete mellito, che sono oltre 34 milioni solo negli Stati Uniti, secondo il CDC. Nel presente progetto di ricerca, la membrana di collagene è stata sintetizzata tramite il metodo di solvent casting e funzionalizzata mediante l'utilizzo di EDC-NHS coupling, che ha permesso di sviluppare un metodo di fabbricazione facile, economico e scalabile. La caratterizzazione chimica del LIP ha dimostrato l'efficacia della funzionalizzazione della membrana, mentre quella fisica ha evidenziato un aumento della rigidezza del LIP a seguito del processo di funzionalizzazione. Per valutare l'interazione del LIP con le cellule, sono necessari ulteriori studi in vitro e in vivo, che tengano conto degli effetti causati dalle modifiche chimiche e fisiche della membrana di collagene sulla polarizzazione dei macrofagi.