绷带还可以监控愈合过程,实时提醒临床医生注意问题。
西北大学的研究人员开发了一种首创的小型,灵活,可拉伸的绷带,通过将电疗直接输送到伤口部位来加速愈合。
在一项动物研究中,新的绷带治愈糖尿病溃疡的速度比没有绷带的小鼠快30%。
绷带还主动监测愈合过程,然后在不再需要后无害地溶解 - 电极和所有 - 进入体内。新设备可以为糖尿病患者提供强大的工具,糖尿病患者的溃疡可导致各种并发症,包括截肢甚至死亡。
该研究在线发表在《科学进展》杂志上。它标志着第一个能够提供电疗的生物可吸收绷带,也是智能再生系统的第一个例子。
“当一个人出现伤口时,目标始终是尽快关闭伤口,”西北大学的吉列尔莫·A·阿米尔(Guillermo A. Ameer)说,他是这项研究的共同负责人。
“否则,开放性伤口容易受到感染。而且,对于糖尿病患者来说,感染更难治疗,也更危险。对于这些患者来说,对真正适合他们的具有成本效益的解决方案存在重大未满足的需求。我们的新绷带具有成本效益,易于应用,适应性强,舒适且有效地闭合伤口,以防止感染和进一步的并发症。
“虽然它是一种电子设备,但与伤口床接口的有源组件是完全可吸收的,”西北大学的约翰·A·罗杰斯(John A. Rogers)说,他是这项研究的共同负责人。“因此,这些材料在愈合过程完成后自然消失,从而避免了物理提取可能对组织造成的任何损害。
作为再生工程专家,Ameer是西北大学麦考密克工程学院的Daniel Hale Williams生物医学工程教授和西北大学Feinberg医学院的外科教授。
他还指导高级再生工程中心(CARE)和博士前再生工程培训计划,该计划由美国国立卫生研究院资助。罗杰斯是McCormick和Feinberg材料科学与工程,生物医学工程和神经外科的Louis Simpson和Kimberly Querrey教授。他还指导奎里辛普森生物电子研究所。
电力的动力
美国有近30万人患有糖尿病,其中约15%至25%的人在他们生命的某个阶段患上糖尿病足溃疡。由于糖尿病会导致神经损伤,导致麻木,因此糖尿病患者可能会出现简单的水泡或小划痕,而这些水泡或小划痕不会被注意到和治疗。
由于高葡萄糖水平也会使毛细血管壁变厚,血液循环减慢,使这些伤口更难愈合。对于一个小伤演变成危险的伤口来说,这是一场完美的风暴。
研究人员很好奇电刺激疗法是否可以帮助缝合这些顽固的伤口。根据Ameer的说法,受伤会破坏身体的正常电信号。通过应用电刺激,它可以恢复身体的正常信号,吸引新细胞迁移到伤口床上。
“我们的身体依靠电信号来运作,”Ameer说。“我们试图在整个伤口上恢复或促进更正常的电气环境。我们观察到细胞迅速迁移到伤口中,并在该区域再生皮肤组织。新的皮肤组织包括新的血管,炎症被抑制了。
从历史上看,临床医生使用电疗进行治疗。但大多数设备包括有线、笨重的设备,只能在医院环境中的监督下使用。为了设计一种可以在家中全天候佩戴的更舒适的产品,Ameer与生物电子学先驱罗杰斯(Rogers)合作,罗杰斯于2018年首次引入了生物可吸收电子医学的概念。
遥控
这两位研究人员和他们的团队最终开发出一种小而灵活的绷带,可以柔软地包裹在受伤部位。智能再生系统的一侧包含两个电极:一个位于伤口床顶部的微小花形电极和一个位于健康组织上以包围整个伤口的环形电极。
设备的另一侧包含一个为系统供电的能量收集线圈和一个用于实时无线传输数据的近场通信(NFC)系统。
该团队还包括可以评估伤口愈合情况的传感器。通过测量伤口上的电流电阻,医生可以监测进展。电流测量的逐渐减少与愈合过程直接相关。因此,如果电流保持高位,那么医生就知道出了问题。
通过内置这些功能,该设备无需电线即可远程操作。从远处,医生可以决定何时应用电刺激,并可以监测伤口的愈合过程。
“当伤口试图愈合时,它会产生一个潮湿的环境,”阿米尔说。“然后,当它愈合时,它应该会干涸。水分会改变电流,因此我们能够通过跟踪伤口中的电阻来检测电流。然后,我们可以收集该信息并进行无线传输。通过伤口护理管理,我们理想情况下希望伤口在一个月内闭合。如果需要更长的时间,这种延迟可能会引起担忧。
在一项动物模型研究中,研究人员每天只应用电刺激30分钟。即使这么短的时间,也加速了30%的关闭。
消失行为
当伤口愈合时,花形电极简单地溶解到体内,绕过取回它的需要。该团队用一种叫做钼的金属制造了电极,这种金属广泛用于电子和半导体应用。他们发现,当钼足够薄时,它可以生物降解。此外,它不会干扰愈合过程。
“我们是第一个证明钼可以用作伤口愈合的可生物降解电极的人,”Ameer说。
“大约六个月后,大部分都消失了。我们发现器官中的积累很少。没有什么不寻常的。但是我们用来制造这些电极的金属量非常少,我们预计它不会引起任何重大问题。
接下来,该团队计划在一个更大的动物模型中测试他们的绷带糖尿病溃疡。然后,他们的目标是在人类身上进行测试。由于绷带利用身体自身的愈合能力而不释放药物或生物制剂,因此它面临的监管障碍较少。这意味着患者可能会更快地在市场上看到它。
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