第一个瞬态电子绷带加速糖尿病伤口愈合30%

第一个瞬态电子绷带 加速糖尿病伤口愈合30%

米国西北大学的科学家们创造了一种首创的小型、灵活、可拉伸的绷带，它通过直接对损伤进行电疗来加速愈合过程。在对动物进行的一项试验中，发现与没有绷带的小鼠相比，创新绷带在小鼠身上治愈糖尿病疮的速度快了 30%。

此外，绷带会持续跟踪愈合过程，并在不再需要时将其（包括其电极）完全溶解到体内。这项新发明对于糖尿病患者来说可能是一笔宝贵的财富，因为他们的伤口可能会导致截肢或死亡等严重后果。

该研究发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。它标志着第一个能够提供电疗的生物可吸收绷带和智能再生系统的第一个例子。

绷带还跟踪愈合过程，并实时通知医疗保健专业人员任何问题。

· 无线、无电池绷带提供电信号帮助伤口愈合

· 绷带监测愈合情况，将数据实时传输到智能手机或平板电脑上

· 愈合完成后，绷带和电子产品会无害地吸收到体内

该研究的共同负责人是来自米国西北大学的 Guillermo A. Ameer 和 John A. Rogers.

作为再生工程专家，Ameer 是米国西北大学麦考密克工程学院丹尼尔·黑尔·威廉姆斯生物医学工程教授，西北大学范伯格医学院外科教授。他还指导先进再生工程中心 (CARE) 和博士预科再生工程培训计划，由米国国立卫生研究院资助。Rogers 是麦考密克和范伯格大学材料科学与工程、生物医学工程和神经外科的路易斯·辛普森和金伯利·奎雷教授。他还负责Querrey Simpson 生物电子学研究所。

研究者指出：

当一个人出现伤口时，我们的目标总是尽快闭合伤口。否则，裸露的伤口很容易感染。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，对真正适用于他们的具有成本效益的解决方案的主要需求尚未得到满足。我们的新型绷带具有成本效益，易于应用，适应性强，舒适，并能有效地闭合伤口，以防止感染和进一步的并发症。

虽然它是一种电子设备，但与伤口床接触的活性成分是完全可吸收的。因此，材料在愈合过程完成后自然消失，从而避免了物理撤出可能对组织造成的任何损伤。

电功率

在米国，将近 3000 万人患有糖尿病，其中约 15% 至 25% 的人在其生命中的某个阶段会患上糖尿病足溃疡。由于糖尿病会导致神经损伤并导致麻木，因此糖尿病患者可能会出现一个简单的水泡或小划痕，这些都不会引起注意和治疗。由于高葡萄糖水平还会使毛细血管壁增厚，血液循环减慢，使这些伤口更难愈合。这是一场完美的风暴，小伤会演变成危险的伤口。

研究人员很好奇，想看看电刺激疗法是否可以帮助闭合这些顽固的伤口。根据研究者的说法，受伤会扰乱身体的正常电信号。通过施加电刺激，它可以恢复身体的正常信号，吸引新细胞迁移到伤口床。

研究者指出：

我们的身体依靠电信号发挥作用。我们试图恢复或促进伤口处更正常的电环境。我们观察到细胞迅速迁移到伤口并在该区域再生皮肤组织。新的皮肤组织包括新的血管，炎症得到了抑制。

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，只能在医院环境的监督下使用。为了设计一款更舒适、可以在家中全天候佩戴的产品，Ameer 与生物电子先驱 Rogers 合作，Rogers 于 2018 年首次引入了生物可吸收电子医学的概念。

遥控

两位研究人员和他们的团队最终开发出一种小巧灵活的绷带，可以轻柔地包裹住受伤部位。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并环绕整个伤口的环形电极。该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实时无线传输数据的近场通信 (NFC) 系统。

近距离观察绷带的两个电极：一个小的花状电极位于伤口床的正上方，另一个环形电极位于健康组织上，环绕整个伤口。

该团队还安装了可以评估伤口愈合情况的传感器。通过测量穿过伤口的电流电阻，医生可以监测进展。电流测量的逐渐减少直接关系到愈合过程。所以，如果电流仍然很高，那么医生就知道有问题了。

通过构建这些功能，该设备可以在没有电线的情况下进行远程操作。从远处看，医生可以决定何时应用电刺激并可以监测伤口的愈合进程。

研究者表示：

当伤口试图愈合时，它会产生一个潮湿的环境。然后，随着它的愈合，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到这一点。然后，我们可以收集这些信息并无线传输。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，这种延迟会引起担忧。

在一项小型动物模型研究中，研究人员每天仅施加 30 分钟的电刺激。即使是这么短的时间，伤口闭合速度也加快了 30%。

“功成身退”

当伤口愈合时，花形电极就会溶解到体内，无需将其取回。该团队用一种叫做钼的金属制造电极，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。

研究者指出：

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。大约六个月后，大部分都消失了。我们发现器官中几乎没有积聚。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，我们预计它不会造成任何重大问题。

接下来，该团队计划在更大的动物模型中测试他们的创新绷带对糖尿病性溃疡的作用。然后，他们的目标是在人体上进行测试。由于创新绷带利用人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。

原文图 1. 生物可吸收，无线，无电池电疗系统的材料和设计。

原文图3. 在体内条件下的热、机械和电化学性能的表征。

附：该研究的背景信息

糖尿病是一个主要的公共卫生问题，给社会带来了巨大的生产力和经济负担，米国每年的医疗保健费用超过 3270 亿刀（美元），预计每年将增加 10 亿刀，并导致“伤残损失健康生命年”（years lived with disability）增加。在米国，大约 3000 万糖尿病患者的严重并发症之一是糖尿病足溃疡 (DFU)，它发生在 15% 到 25% 的糖尿病患者中。如果治疗不当，这些和其他类型的慢性伤口可能会导致截肢。糖尿病相关的慢性伤口并发症，如 DFU，是全世界非创伤性下肢截肢的第一大原因。尽管伤口护理管理已经很成熟，但多因素病因、患者具体情况、高监管和市场进入壁垒、采用新的基于生物制剂的疗法以及充分获得护理仍然是有效治疗的挑战。因此，必须开发预防或改善慢性 DFU 结果的新策略和相关技术的研究。

已经研究了多种策略来解决导致慢性 DFU 的问题，例如血管生成受损、真皮细胞迁移和增殖减少、过度氧化应激、长期炎症和细菌感染。方法包括在伤口处释放药物和生物制剂、使用生物活性材料作为敷料、细胞移植、组织工程或皮肤等效产品、使用负压抽真空 和电疗。许多实验方法在临床前模型和一些临床试验中显示出前景；然而，它们面临着显著的监管、制造、用户采用障碍和高昂的开发成本。临床使用的产品对于广泛应用来说可能过于昂贵，例如生物制剂，和/或它们不能完全解决导致慢性伤口的潜在问题。另一个未满足的需求是监测伤口状态的能力，以便更好地为临床决策提供信息并提高治疗效果。

电疗已被用作加速皮肤伤口闭合的方法并进行了研究。相关的电方法还可以同时监测伤口状态，假设是施加的电场恢复内源性伤口电流以重现自然愈合机制。尽管病例研究表明电刺激可有效闭合伤口，但其在临床实践中的应用并不广泛。这种有限采用的原因包括缺乏对最佳设置的理解 (例如，关于电刺激的剂量、时间和类型)，硬件的形状因素不充分 (例如，使用需要住院护理的笨重设备并导致患者依从性下降)，以及使用模式繁琐的控制界面(例如，治疗通常必须每天进行)。

在这里，他们介绍了一种生物可吸收、无线和无电池的电疗系统(BES)，该系统在伤口上提供电刺激和阻抗测量，避免了上述缺点。刺激过程模仿自然发生的内源性电场来促进愈合。该阻抗数据为实时监测创面闭合情况提供了依据。BES 包括一对柔顺电极，支持在数周内稳定运行，然后通过水解缓慢地生物吸收，以消除回收的需要。一个微型无线、无电池电子模块连接到这些电极，并在智能手机上运行图形用户界面。这项技术可以很容易地在医院和家庭环境中使用，有潜力改善慢性DFUs患者的护理，并通过进一步的研究可能为治疗其他皮肤伤口提供新的选择。