智能绷带让慢性伤口愈合更快

斯坦福大学的科学家表示,他们已经开发出一种无线智能绷带,该绷带有望通过监测伤口愈合过程并同时治疗伤口来加速组织修复。11月NatureBiotechnology发表的“带有集成传感器和刺激器的无线、闭环、智能绷带,用于高级伤口护理和加速愈合”的研究表明,他们的设备可以促进伤口更快闭合,增加流向受伤组织的新血流,并增强皮肤通过减少疤痕形成来恢复。

“基于多模式可穿戴设备的智能绷带可以实现实时生理监测和主动干预,以促进慢性伤口的愈合。然而,目前智能绷带技术在结合传感器和刺激器方面的发展有限。此外,虽然粘性电极对于稳健的信号转导至关重要,但现有粘性敷料的分离可能会对脆弱的伤口组织造成二次损伤,而没有可切换的粘附性,”研究人员写道。

“在这里,我们通过开发一种灵活的生物电子系统来克服这些问题,该系统由无线供电、闭环传感和刺激电路组成,具有能够按需粘附和分离的皮肤界面水凝胶电极。在老鼠身上,我们证明了我们的伤口护理系统可以持续监测皮肤阻抗和温度,并根据伤口环境提供电刺激。

“在临床前伤口模型中,与对照组相比,治疗组的愈合速度提高了约25%,真皮重塑增强了约50%。此外,我们观察到单核细胞和巨噬细胞群中促再生基因的激活,这可能会促进组织再生、新血管形成和真皮恢复。”

单层乳胶漆厚度

电子层,包括微控制器单元(MCU)、无线电天线、存储器、电刺激器、生物传感器和其他组件,厚度为100微米——大约是一层乳胶漆的厚度。

所有电路都安装在工程水凝胶之上,该水凝胶被集成以向受伤组织提供治疗性电刺激并收集实时生物传感器数据。水凝胶中的聚合物设计用于在需要时牢固地粘附在伤口表面,但在加热到体温以上几度(40°C/104°F)时,可以干净利落地轻轻地拉开伤口。

“在封闭伤口时,智能绷带在愈合时起到保护作用,”该研究的共同第一作者、实验室的博士后学者YuanwenJiang博士说,他是KKLee化学工程教授。斯坦福工程学院。“但它不是被动工具。它是一种主动愈合设备,可以改变慢性伤口治疗的护理标准。”

电刺激,也称为趋电性,先前已报道可加速角质形成细胞向伤口部位的迁移,限制细菌感染并防止伤口表面形成生物膜,从而主动促进组织生长并帮助组织修复。研究人员能够采用这项技术并将其与实时生物传感器数据集成,以提供一种由生物传感器提供信息的新型自动化治疗方式。

他们的研究更进一步,试图了解电刺激为何以及如何更快地治愈伤口。他们现在认为,电刺激会促进促再生基因的激活,例如Selenop(一种已被发现有助于病原体清除和伤口修复的抗炎基因)和Apoe(已被证明可促进肌肉和软组织生长).

同样,电刺激通过募集更多的M2抗炎巨噬细胞增加了白细胞数量,即单核细胞和巨噬细胞,之前曾报道这些巨噬细胞具有促再生作用,并在细胞外基质形成中发挥关键作用这是伤口愈合的增殖阶段所必需的。

研究人员警告说,智能绷带目前还只是一个概念验证,不过他们补充说,这是一个很有前途的绷带。