Science 子刊丨慢性伤口愈合增速 30%，实时监测，用后即溶，西北大学推出首个可降解「电子绷带」

近年以来，全球范围内的糖尿病患者数量不断增加。在我国，成人糖尿病患者已经破亿，且患者人数仍在逐年递增。而作为糖尿病患者的严重并发症之一，糖尿病足溃疡（DFU）也是相当一部分患者的噩梦。如果治疗不当，这些慢性伤口极有可能会导致患者被迫截肢。

为了解决当前对于糖尿病足患者护理和治疗的难题，来自美国西北大学的一组研究人员首创出一种生物可吸收、无线和无电池电疗系统（BES）。该设备看起来像是一种小型、灵活、可拉伸的 “电子绷带”，其能够直接向伤口部位提供电刺激疗法，从而加速创伤愈合。在动物试验中，接受了电子绷带治疗的小鼠比没有绷带的小鼠糖尿病溃疡愈合速度快 30%。

除此之外，这种电疗系统还能够主动监测伤口的愈合过程。并且在护理结束后，该系统上进入人体内部的电极组件可实现无害溶解，无需回收。相关研究者表示，这是首个能够提供电疗的生物可吸收绷带和智能化的再生护理系统。该研究已在线发表于 Science Advances 杂志。

（来源：Science Advances）

“虽然它是一种电子设备，但其与伤口之间接触的活性成分是完全可吸收的，” 该研究的通讯作者之一，来自西北大学的材料科学与工程、生物医学工程和神经外科教授 John A. Rogers 表示，“因此，材料能够在伤口愈合后自然消失，从而避免在后续操作中对组织再次造成损伤。”

众所周知，糖尿病能够从多个角度危害患者的身体健康。其中一个问题便是，其能够引起患者的神经损伤以及感官麻木。并且在高葡萄糖水平影响下，患者的毛细血管壁增厚，血液循环减慢，使得伤口更难愈合。因此，哪怕只是一些细小的划痕和创伤，都有可能对糖尿病患者造成重大伤害。

事实上，糖尿病相关的慢性伤口并发症已经成为了全世界范围内导致非创伤性下肢截肢的头号元凶。因此，如何利用新型疗法帮助相关患病人群成为了研究者的主要课题之一。

在此之前，已有临床医生使用电刺激疗法以提升护理效果。但大多数早期设备十分笨重且复杂，只能在医院的监督下使用。为了设计一款安全、舒适并且可以在家中全天候佩戴的产品，西北大学的生物医学工程兼医学院外科教授 Guillermo A. Ameer 与 Rogers 开展合作，试图解决早期设备存在的固有问题。

“我们的身体依靠电信号发挥作用。” 据 Ameer 介绍，受伤会扰乱身体的正常电信号。而通过对伤口施加电刺激，其将恢复身体的正常信号，并且吸引新的细胞迁移到伤口从而促进再生。

基于该设计理念，研究团队推出了一种生物可吸收、无线和无电池电疗系统（BES），该系统由无线平台、柔性连接器和刺激器构成。其中，蛇形走线的钼电极刺激器和柔性材料的使用为设备带来了良好的拉伸性。

治疗过程中，同心钼电极的内部和外部分别位于伤口中心的脂肪层和伤口周围外侧的表皮，以模拟健康情况下的体内电信号环境。该情况下，内电极附近的电场强度接近～250 mV/mm，外部和内部电极之间的电场强度约为～100 mV/mm，这足以引起人类角质形成细胞的迁移从而加速伤口愈合。

▲图丨生物可吸收、无线和无电池电疗系统的材料和设计（来源：Science Advances）

在此之后，研究团队使用小鼠模型对电疗系统开展进一步的验证工作。依据护理方式的不同，所有受试的糖尿病小鼠在接受了背部皮肤切除后被分为三组：治疗组使用钼电极，每天接受直流电刺激 30 分钟，直至伤口完全闭合；未治疗组使用没有电刺激的钼电极；而对照组则不使用钼电极，仅使用保护性敷料处理伤口。

通过观察伤口的闭合进展，研究者发现：与对照组和未治疗组相比，接受了电刺激疗法的小鼠伤口闭合时间减少了约 30%。并且，在电刺激过程中受试小鼠没有发生明显的体重变化。

▲图丨电刺激加速糖尿病动物的伤口闭合（来源：Science Advances）

具体而言，经过电刺激治疗的伤口在第 15 天已经闭合了 86.0 ± 10%，而未治疗组仅愈合了 62.6 ± 11%，对照组则为 66.4 ± 12%。另一方面，除治疗组外的其它小鼠需要 4 周以上才能完成伤口闭合，而治疗组则在不到 3 周内实现了伤口闭合。因此能够看出，该电刺激设备能够有效促进慢性伤口愈合。

除促进伤口愈合之外，该研究还以实现材料可吸收、伤口监控为目标，致力于推动智能化的伤口护理产品设计。其中，可吸收电子材料方面的研究由 John A. Rogers 主导，他最早于 2018 年开始了有关生物可吸收电子医学方向的研究工作。

随着伤口愈合，设备的电刺激器（即钼电极）将会逐渐埋入人体皮下，如果要将其取出无疑会对患者造成二次伤害。对此，研究团队通过测试发现，当钼电极在足够薄的情况下，其可以发生水解生成无毒产物，在几个月的时间内即可消失得无影无踪，从而避免了将其取回的烦恼。

在小鼠体内开展的生物吸收试验表明，钼电极在 35 周（245 天）后几乎完全消失。在小鼠模型中未发现与之相关的组织损伤和免疫反应。此外，通过对器官进行检测发现，大多数来自钼的副产物积聚在脾脏中，但在 22 周后几乎所有的钼相关产物均在体内吸收，脾脏中的钼浓度也开始下降。

▲图丨体内生物降解研究（来源：Science Advances）

“我们首次证明了钼可以用作生物降解电极并促进伤口愈合，”Ameer 对此表示，“大约六个月后，大部分钼都消失了，其在器官中几乎没有积聚。而且，用来制造电极的金属量非常少，我们预计它不会造成任何重大问题。”

除此之外，该设备上还携带了一个能够实时评估伤口愈合情况并且无线传输数据的传感器，以便将数据传输至智能手机上。该组件可以通过测量伤口部位的电流让医生获知伤口的愈合情况：随着伤口愈合，电流测量值应当不断下降。因此，如果电流值没有变化，那么医生和患者就会及时发现问题。

“当伤口试图愈合时，它会产生一个潮湿的环境，”Ameer 介绍道，“随着伤口愈合，其中的水分不断下降。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。”

研究团队表示，接下来，他们将计划在更大的动物模型中测试这种 “电子绷带” 对于糖尿病相关慢性伤口的治疗作用，在此之后将继续推进人体试验。由于该电子系统主要利用人体自身的愈合能力且并未涉及任何药物，因此其面临的监管障碍也更少，有望快速进入市场。

参考资料：

1.https://doi.org/10.1126/sciadv.ade4687

2.https://news.northwestern.edu/stories/2023/02/first-transient-electronic-bandage-speeds-healing-by-30/