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北航常凌乾團隊 Nature Electronics：重新定義“創可貼”

2024-04-06 來源：高分子科技

由于腸道獨特的結構且微環境復雜，其傷口愈合是一項具有挑戰性的醫學問題。傳統的縫合手術易導致恢復時間長和多種術后并發癥，如腸道增生、梗阻等。電刺激已被用于促進淺表組織和器官的愈合，但一些技術挑戰阻礙了其潛在的臨床應用。如，需要一個可植入的可控電源來提供按需電刺激，隨后自降解在生物體內，無需二次手術摘除，這仍然是一個挑戰。

近日，北京航空航天大學生物與醫學工程學院常凌乾、王柳、賓夕法尼亞州立大學余存江報道了一種柔性、可生物降解、自供電電子繃帶，能夠提供雙模式電刺激，協同加速和改善腸道傷口愈合，并顯著減少了術后并發癥。相關成果以“Accelerated intestinal wound healing via dual electrostimulation from a soft and biodegradable electronic bandage”為題，發表在《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。研究者們開發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傷口愈合：脈沖電刺激誘導上皮細胞電轉染，促進愈合因子（如上皮生長因子）的表達；直流電刺激可以增強轉染細胞的愈合因子的分泌。該電子繃帶在體外對腸上皮細胞具有較高的轉染效率和細胞活力，從而在術中促進上皮生長因子的表達。鎂鉬微電極產生的自供電原電池促進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，無需二次手術取出（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腸道創面愈合。

為了評估電子繃帶在體內腸道傷口愈合的能力，研究者們建立了一個腸損傷小鼠模型。首先在術中執行脈沖電刺激，將目標遞送到上皮細胞中，然后在14天內進行監測，在此期間將自供電直流電刺激作用于切口周圍的局部組織（圖2）。對于行使脈沖電轉染效率達到了~30%。Mg/Mo原電池在體內輸出持續三天的直流電場以滿足細胞保持對外分泌的能力。電子繃帶最終安全溶解在生物體內（圖2）。

圖2. 電子繃帶在體內用于腸道傷口的靶向基因電轉染和電刺激。

最終，電子繃帶增強局部細胞外環境中生長因子的生成，從而促進腸組織各層的增殖，包括上皮組織和肌肉組織。與傳統的可吸收縫合線相比，電子繃帶還減少了術后增生和阻塞的結果，并且小鼠更有效地恢復了體重。通過增加益生菌數量來促進組織愈合，同時改善腸道健康（圖3）。

圖3. 電子繃帶治療后小腸愈合的組織學和功能評價分析。

研究者設計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，但類似的可生物降解電子繃帶可以用于促進其他器官和組織的傷口愈合，包括神經系統、皮膚和肌肉。

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

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（責任編輯：xu）

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