通過生物電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)傷口護(hù)理和加速傷口愈合

基于多模式可穿戴設(shè)備的“智能”繃帶可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)生理監(jiān)測和積極干預(yù)，以促進(jìn)慢性傷口的愈合。然而，在目前的智能繃帶技術(shù)中，傳感器和刺激器的結(jié)合發(fā)展有限。此外，雖然膠電極對(duì)于強(qiáng)大的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是必不可少的，但現(xiàn)有黏附敷料的脫落可能導(dǎo)致沒有可切換黏附的脆弱傷口組織的二次損傷。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，斯坦福大學(xué)鮑哲南及Geoffrey C. Gurtner共同通訊在Nature Biotechnology（IF=68）在線發(fā)表題為“Wireless， closed-loop， smart bandage with integrated sensors and stimulators for advanced wound care and accelerated healing”的研究論文，該研究表明當(dāng)無線、閉環(huán)、智能繃帶具有集成傳感器和刺激器時(shí)，可實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的傷口護(hù)理，并加速傷口愈合。該研究通過開發(fā)一個(gè)靈活的生物電子系統(tǒng)來克服這些問題，該系統(tǒng)由無線供電、閉環(huán)傳感和刺激電路組成，與皮膚界面水凝膠電極能夠按需黏附和分離。

此外，該研究利用小鼠模型證明了傷口護(hù)理系統(tǒng)可以連續(xù)監(jiān)測皮膚阻抗和溫度，并根據(jù)傷口環(huán)境提供電刺激。在臨床前傷口模型中，與對(duì)照組相比，治療組愈合速度快25%，真皮重塑增強(qiáng)50%。此外，該研究觀察到單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞群中預(yù)再生基因的激活，這可能促進(jìn)組織的離子、血管化和真皮恢復(fù)。

慢性無法愈合的傷口是一個(gè)巨大的醫(yī)療負(fù)擔(dān)。慢性傷口的定義是在8-12周內(nèi)仍未愈合，并不能恢復(fù)受影響部位的功能和解剖完整性。這些傷口與喪失功能和行動(dòng)能力、社會(huì)壓力和孤立程度增加、抑郁和焦慮、住院時(shí)間延長以及總體發(fā)病率和死亡率增加有關(guān)。雖然有針對(duì)慢性傷口的干預(yù)措施，如生長因子、細(xì)胞外基質(zhì)、工程皮膚和負(fù)壓傷口療法，但這些治療方法的效果并不顯著。

目前的標(biāo)準(zhǔn)護(hù)理傷口敷料是被動(dòng)的，不能積極響應(yīng)傷口環(huán)境的變化。智能繃帶技術(shù)能夠很好地應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，它們能夠集成多模態(tài)傳感器和刺激器，在最少的醫(yī)生干預(yù)下進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和主動(dòng)傷口護(hù)理治療。

用于慢性傷口管理的無線智能繃帶的總體設(shè)計(jì)先前的研究表明，隨著傷口的愈合，皮膚阻抗會(huì)增加。然而，當(dāng)傷口感染時(shí)，由于生物膜的形成，傷口阻抗會(huì)降低。隨著感染的進(jìn)一步發(fā)展，局部炎癥使傷口溫度升高。這兩種信號(hào)都可以被嵌入可穿戴設(shè)備的低成本傳感器輕松捕獲，作為即將發(fā)生的傷口感染的哨兵。這些生物物理信號(hào)實(shí)時(shí)提供了關(guān)于傷口狀況的快速、可靠和準(zhǔn)確的信息，為快速、自主地以閉環(huán)方式診斷和監(jiān)測未愈合傷口創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。

目前的智能繃帶技術(shù)在感知生理狀況方面表現(xiàn)出了良好的前景。此外，電刺激也被證明可以改善組織灌注，刺激免疫細(xì)胞功能，并通過一種被稱為電刺激的過程加速角質(zhì)形成細(xì)胞的遷移。不幸的是，目前的電刺激設(shè)備體積龐大，由電線系住，佩戴不舒服，限制了患者的依從性。

為了提高治療效果，一個(gè)理想的智能繃帶平臺(tái)需要滿足以下要求。首先，它需要靈活和無線操作，以避免任何不希望的栓系和傳統(tǒng)剛性設(shè)備造成的不適。接下來，它應(yīng)該整合感知和刺激模式，實(shí)現(xiàn)自主的閉環(huán)傷口管理。最后，它應(yīng)該具有隨需應(yīng)變的皮膚黏附性，在操作過程中具有緊密的接口，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和能量傳遞，同時(shí)也提供容易分離的功能，以避免在設(shè)備移除過程中可能發(fā)生的二次皮膚損傷。為了滿足這些需求，該研究開發(fā)了一種無電池柔性生物電子系統(tǒng)，由無線供電的傳感和刺激電路組成，該電路與使用生物兼容導(dǎo)電聚合物的組織界面堅(jiān)韌的水凝膠電極相連。研究人員預(yù)計(jì)這種智能繃帶將改善治療效果，并為傷口護(hù)理提供新的知識(shí)。

審核編輯：郭婷