L’ulcera diabetica del piede (DFU) è una complicanza importante del diabete mellito, caratterizzata da infiammazione cronica, vasculopatia e alterazioni metaboliche. Questi fattori portano a un deficit nella riparazione dei tessuti e a un alto rischio di recidive e amputazioni. Le terapie attuali spesso non sono ottimali, portando a considerare strategie non invasive come i campi magnetici complessi (CMF), che possono modulare il metabolismo mitocondriale e l’omeostasi redox. La disfunzione mitocondriale è un fattore fondamentale nel ritardo di guarigione delle DFU, poiché induce stress ossidativo, alterazioni metaboliche e riduce l’angiogenesi. La presenza continuativa di uno stato infiammatorio cronico aggrava il danno tissutale e ostacola i processi di rigenerazione, evidenziando l'importanza di interventi terapeutici che mirino sia ai circuiti mitocondriali che a quelli infiammatori. In linea con precedenti studi sulla neuropatia diabetica, questo lavoro esamina il ruolo dei CMF nel promuovere la guarigione delle DFU a livello molecolare, con focus sulla bioenergetica mitocondriale, sulla regolazione delle specie reattive dell’ossigeno (ROS), sulla segnalazione del calcio e sullo stato di quiescenza cellulare. I fibroblasti dermici sono stati esposti a CMF per sette giorni consecutivi e analizzati con un approccio sperimentale multimodale. La membrana mitocondriale è stata valutata tramite microscopia a fluorescenza usando il mitoprobe TMRM; la produzione di ATP mitocondriale è stata misurata con un saggio basato sulla luciferasi; infine, il tasso di consumo di ossigeno (OCR), comprensivo di respirazione basale, ATP-dipendente e massimale, è stato determinato tramite analisi del flusso extracellulare Seahorse. L’espressione dei complessi della catena di trasporto elettronico (ETC) e degli enzimi del ciclo dell’acido tricarbossilico (TCA) è stata studiata tramite western blot. La morfologia e l’organizzazione della rete mitocondriale, come dimensioni, numero e livello di fusione, sono state analizzate con microscopia confocale tridimensionale. I livelli di ROS sono stati quantificati sia a livello mitocondriale sia citosolico utilizzando MitoSOX Red e DCF-DA, rispettivamente. Dopo l'esposizione a CMF, i fibroblasti hanno evidenziato un netto miglioramento della funzione mitocondriale, con un aumento del potenziale di membrana, una maggiore produzione di ATP e valori di OCR più elevati. Le analisi con western blot hanno mostrato una sovraespressione dei complessi ETC e degli enzimi del ciclo TCA, indicando un potenziamento del metabolismo ossidativo. Le indagini morfologiche hanno rivelato mitocondri più grandi e una rete mitocondriale più fusa, suggerendo una maggiore connettività e integrazione funzionale. I fibroblasti trattati con CMF hanno mostrato un aumento della produzione di ROS mitocondriali, accompagnato da un modesto incremento delle ROS citosoliche, indicativo di uno stato metabolico più attivo. Dal punto di vista meccanicistico, è stato analizzato lo stato di quiescenza dei fibroblasti trattati o meno con CMF, concentrandosi sui possibili rimodellamenti della segnalazione Ca2+-dipendente e della comunicazione tra reticolo endoplasmatico (ER) e mitocondri. L'indagine sulla quiescenza mira a evidenziare che la sua persistenza può rappresentare un ostacolo cruciale alla riparazione della ferita, poiché limita l’attivazione cellulare e l’adattamento metabolico. Le analisi preliminari suggeriscono che l’esposizione a CMF potrebbe influenzare la dinamica del Ca2+ mitocondriale e l’espressione del recettore IP3R3, indicando un possibile collegamento tra stimolazione magnetica, recupero della risposta mitocondriale e ritorno dallo stato quiescente. Anche se sono necessarie ulteriori conferme, queste evidenze disegnano un quadro meccanicistico coerente con l’ipotesi che i CMF favoriscano l’attivazione mitocondriale mediata dal Ca2+.
Diabetic foot ulcer (DFU) is a serious complication of diabetes characterized by chronic inflammation, vasculopathy, and metabolic disturbances, resulting in impaired tissue healing and high recurrence and amputation rates. Current treatments often fall short, prompting greater interest in non-invasive approaches such as complex magnetic fields (CMFs), which can modulate mitochondrial metabolism and redox processes balance36. Mitochondrial dysfunction plays a key role in delayed healing of DFU by increasing oxidative stress, altering metabolism, and disrupting angiogenesis. Furthermore, persistent inflammation continues tissue damage and disrupts regenerative signalling, emphasizing the need for therapies that address both mitochondrial function and inflammation pathways37. Building on our earlier research on diabetic neuropathy, this study examines how CMFs can aid DFU healing at the molecular level, emphasizing mitochondrial bioenergetics, ROS control, calcium signalling, and cellular quiescence. Dermal fibroblasts were treated with CMFs for seven days and examined through a multimodal experimental approach. Mitochondrial membrane potential was measured using fluorescence microscopy with the TMRM mitoprobe. Mitochondrial ATP production was evaluated via a luciferase-based bioluminescent assay. Additionally, the oxygen consumption rate (OCR), covering basal, ATP-linked, and maximal respiration, was assessed by Seahorse extracellular flux analysis. Western blotting was employed to evaluate the levels of electron transport chain (ETC) complexes and enzymes of the tricarboxylic acid (TCA) cycle. The mitochondrial network's structure, including its size, quantity, and fusion extent, was analyzed through three-dimensional confocal microscopy. Reactive oxygen species (ROS) levels were measured at both mitochondrial and cytosolic levels with MitoSOX Red (specific for mitochondrial superoxide anion, O2•−) and DCF-DA (detects H2O2 and general ROS), respectively. After CMF exposure, fibroblasts exhibited notably enhanced mitochondrial function, demonstrated by increased membrane potential, greater ATP output, and higher OCR measurements. Western blot analysis confirmed increased levels of ETC complexes and TCA enzymes, indicating improved oxidative metabolism. Morphological studies showed enlarged, fused mitochondria, implying better network connectivity and functional integration. CMF-treated fibroblasts exhibited increased mitochondrial ROS production, along with a slight rise in cytosolic levels, suggesting a more active metabolic state. Mechanistically, we investigated the quiescent state of fibroblasts with or without CMF treatment, concentrating on potential changes in Ca2+-dependent signalling and ER–mitochondria interactions. communication. We examined quiescence because its continued presence is known to impede wound healing by limiting cellular activation and metabolism response38–40. Initial analyses indicate that CMF exposure might influence pathways involved in mitochondrial Ca2+ regulation and IP3R3 expression, possibly connecting magnetic stimulation to the restoration of mitochondrial responsiveness and the transition from quiescence. While these aspects require additional validation, they provide a consistent mechanistic framework that supports the hypothesis that CMFs affect Ca2+-mediated mitochondrial activation. Overall, these findings demonstrate that CMFs exert various bioenergetic and signalling influences, enhancing mitochondrial efficiency, promoting fusion, increasing ATP production, and aiding cells in exiting quiescence. The link between mitochondrial metabolism and Ca2+-dependent pathways provides a mechanistic foundation for using CMF in treating chronic diabetic wounds. These data demonstrate the therapeutic potential of CMFs for DFU management and support the need for further in vivo and clinical studies to optimize treatment protocols.
Targeting Mitochondrial Dysfunction with Complex Magnetic Fields: A Novel Approach to Diabetic Foot Ulcer Therapy
CHIANESE, Diego
2026
Abstract
L’ulcera diabetica del piede (DFU) è una complicanza importante del diabete mellito, caratterizzata da infiammazione cronica, vasculopatia e alterazioni metaboliche. Questi fattori portano a un deficit nella riparazione dei tessuti e a un alto rischio di recidive e amputazioni. Le terapie attuali spesso non sono ottimali, portando a considerare strategie non invasive come i campi magnetici complessi (CMF), che possono modulare il metabolismo mitocondriale e l’omeostasi redox. La disfunzione mitocondriale è un fattore fondamentale nel ritardo di guarigione delle DFU, poiché induce stress ossidativo, alterazioni metaboliche e riduce l’angiogenesi. La presenza continuativa di uno stato infiammatorio cronico aggrava il danno tissutale e ostacola i processi di rigenerazione, evidenziando l'importanza di interventi terapeutici che mirino sia ai circuiti mitocondriali che a quelli infiammatori. In linea con precedenti studi sulla neuropatia diabetica, questo lavoro esamina il ruolo dei CMF nel promuovere la guarigione delle DFU a livello molecolare, con focus sulla bioenergetica mitocondriale, sulla regolazione delle specie reattive dell’ossigeno (ROS), sulla segnalazione del calcio e sullo stato di quiescenza cellulare. I fibroblasti dermici sono stati esposti a CMF per sette giorni consecutivi e analizzati con un approccio sperimentale multimodale. La membrana mitocondriale è stata valutata tramite microscopia a fluorescenza usando il mitoprobe TMRM; la produzione di ATP mitocondriale è stata misurata con un saggio basato sulla luciferasi; infine, il tasso di consumo di ossigeno (OCR), comprensivo di respirazione basale, ATP-dipendente e massimale, è stato determinato tramite analisi del flusso extracellulare Seahorse. L’espressione dei complessi della catena di trasporto elettronico (ETC) e degli enzimi del ciclo dell’acido tricarbossilico (TCA) è stata studiata tramite western blot. La morfologia e l’organizzazione della rete mitocondriale, come dimensioni, numero e livello di fusione, sono state analizzate con microscopia confocale tridimensionale. I livelli di ROS sono stati quantificati sia a livello mitocondriale sia citosolico utilizzando MitoSOX Red e DCF-DA, rispettivamente. Dopo l'esposizione a CMF, i fibroblasti hanno evidenziato un netto miglioramento della funzione mitocondriale, con un aumento del potenziale di membrana, una maggiore produzione di ATP e valori di OCR più elevati. Le analisi con western blot hanno mostrato una sovraespressione dei complessi ETC e degli enzimi del ciclo TCA, indicando un potenziamento del metabolismo ossidativo. Le indagini morfologiche hanno rivelato mitocondri più grandi e una rete mitocondriale più fusa, suggerendo una maggiore connettività e integrazione funzionale. I fibroblasti trattati con CMF hanno mostrato un aumento della produzione di ROS mitocondriali, accompagnato da un modesto incremento delle ROS citosoliche, indicativo di uno stato metabolico più attivo. Dal punto di vista meccanicistico, è stato analizzato lo stato di quiescenza dei fibroblasti trattati o meno con CMF, concentrandosi sui possibili rimodellamenti della segnalazione Ca2+-dipendente e della comunicazione tra reticolo endoplasmatico (ER) e mitocondri. L'indagine sulla quiescenza mira a evidenziare che la sua persistenza può rappresentare un ostacolo cruciale alla riparazione della ferita, poiché limita l’attivazione cellulare e l’adattamento metabolico. Le analisi preliminari suggeriscono che l’esposizione a CMF potrebbe influenzare la dinamica del Ca2+ mitocondriale e l’espressione del recettore IP3R3, indicando un possibile collegamento tra stimolazione magnetica, recupero della risposta mitocondriale e ritorno dallo stato quiescente. Anche se sono necessarie ulteriori conferme, queste evidenze disegnano un quadro meccanicistico coerente con l’ipotesi che i CMF favoriscano l’attivazione mitocondriale mediata dal Ca2+.I documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
