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北航常凌乾團(tuán)隊(duì) Nature Electronics：重新定義“創(chuàng)可貼”
2024-04-06  來(lái)源：高分子科技

  由于腸道獨(dú)特的結(jié)構(gòu)且微環(huán)境復(fù)雜，其傷口愈合是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的醫(yī)學(xué)問(wèn)題。傳統(tǒng)的縫合手術(shù)易導(dǎo)致恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)和多種術(shù)后并發(fā)癥，如腸道增生、梗阻等。電刺激已被用于促進(jìn)淺表組織和器官的愈合，但一些技術(shù)挑戰(zhàn)阻礙了其潛在的臨床應(yīng)用。如，需要一個(gè)可植入的可控電源來(lái)提供按需電刺激，隨后自降解在生物體內(nèi)，無(wú)需二次手術(shù)摘除，這仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。



  近日，北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院常凌乾、王柳、賓夕法尼亞州立大學(xué)余存江報(bào)道了一種柔性、可生物降解、自供電電子繃帶，能夠提供雙模式電刺激，協(xié)同加速和改善腸道傷口愈合，并顯著減少了術(shù)后并發(fā)癥。相關(guān)成果以“Accelerated intestinal wound healing via dual electrostimulation from a soft and biodegradable electronic bandage”為題，發(fā)表在《Nature Electronics》上。論文第一作者包括吳晗博士生，王玉瓊博士，李虎博士，胡永艷博士。 研究者們開(kāi)發(fā)了一種自供電的電子繃帶，它由柔性和可生物降解的材料制成，可以加速腸道傷口愈合。該裝置采用雙電刺激促進(jìn)傷口愈合：脈沖電刺激誘導(dǎo)上皮細(xì)胞電轉(zhuǎn)染，促進(jìn)愈合因子（如上皮生長(zhǎng)因子）的表達(dá)；直流電刺激可以增強(qiáng)轉(zhuǎn)染細(xì)胞的愈合因子的分泌。該電子繃帶在體外對(duì)腸上皮細(xì)胞具有較高的轉(zhuǎn)染效率和細(xì)胞活力，從而在術(shù)中促進(jìn)上皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)。鎂鉬微電極產(chǎn)生的自供電原電池促進(jìn)了愈合因子的胞外分泌。待傷口愈合后，該電子繃帶可自降解在生物體內(nèi)，無(wú)需二次手術(shù)取出（圖1）。 


圖1. 全植入式、可生物降解、自供電雙電刺激電子繃帶促進(jìn)腸道創(chuàng)面愈合。


  為了評(píng)估電子繃帶在體內(nèi)腸道傷口愈合的能力，研究者們建立了一個(gè)腸損傷小鼠模型。首先在術(shù)中執(zhí)行脈沖電刺激，將目標(biāo)遞送到上皮細(xì)胞中，然后在14天內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在此期間將自供電直流電刺激作用于切口周?chē)木植拷M織（圖2）。對(duì)于行使脈沖電轉(zhuǎn)染效率達(dá)到了~30%。Mg/Mo原電池在體內(nèi)輸出持續(xù)三天的直流電場(chǎng)以滿(mǎn)足細(xì)胞保持對(duì)外分泌的能力。電子繃帶最終安全溶解在生物體內(nèi)（圖2）。 


圖2. 電子繃帶在體內(nèi)用于腸道傷口的靶向基因電轉(zhuǎn)染和電刺激。


  最終，電子繃帶增強(qiáng)局部細(xì)胞外環(huán)境中生長(zhǎng)因子的生成，從而促進(jìn)腸組織各層的增殖，包括上皮組織和肌肉組織。與傳統(tǒng)的可吸收縫合線(xiàn)相比，電子繃帶還減少了術(shù)后增生和阻塞的結(jié)果，并且小鼠更有效地恢復(fù)了體重。通過(guò)增加益生菌數(shù)量來(lái)促進(jìn)組織愈合，同時(shí)改善腸道健康（圖3）。 


圖3. 電子繃帶治療后小腸愈合的組織學(xué)和功能評(píng)價(jià)分析。


  研究者設(shè)計(jì)的這種柔性可生物降解的自供電電子繃帶，使用雙電刺激策略為加速傷口愈合提供了一條有希望的途徑。雖然這里展示的是腸道，但類(lèi)似的可生物降解電子繃帶可以用于促進(jìn)其他器官和組織的傷口愈合，包括神經(jīng)系統(tǒng)、皮膚和肌肉。


  文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41928-024-01138-8

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