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北航常凌乾團隊《ACS Applied Materials & Interfaces》:柔性自驅(qū)動生物“電子衣”促進傷口愈合

來源:北京航空航天大學(xué)      2024-03-27
導(dǎo)讀:傷口愈合是一個精確協(xié)調(diào)的過程,涉及無數(shù)的細胞、體液和分子機制許多因素,如免疫功能、合并癥和循環(huán)狀況,可以顯著影響整個愈合過程。創(chuàng)面敷料是促進創(chuàng)面最佳愈合的有效方法傷口敷料是用于傷口管理的治療材料。然而,傳統(tǒng)的敷料在傷口肉芽組織處長時間的相互作用會形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),更換敷料會損傷新形成的肉芽組織,導(dǎo)致疼痛復(fù)發(fā)。此外,敷料的高透氣性會使傷口過度干燥,容易受到抗菌感染,從而延遲傷口愈合。羊膜的獨特性能,使其成為傷口愈合中移植的一個有吸引力的選擇。羊膜含有大量的細胞因子、必需生長因子和膠原蛋白,所有這些都支持愈合過程,并在應(yīng)用于傷口時減輕疼痛它對傷口愈合有多種有益作用。但它也有一些局限性,如處理困難、可用性有限,盡管存在這些限制,但正在進行的研究旨在優(yōu)化羊膜的應(yīng)用并解決其缺點,以實現(xiàn)其作為傷口愈合的巨大潛力。

針對這一需求,北京航空航天大學(xué)常凌乾課題組在《ACS Applied Materials & Interfaces(IF: 9.5)期刊上發(fā)表了“Combined amniotic membrane and self-powered electrical stimulator bioelectronic dress promotes wound healing”的研究文章。設(shè)計了一種新型的柔性自供電電子衣(E-dress),利用電化學(xué)原理(鎂鐵柔性電極)提供一種可持續(xù)的低壓電刺激結(jié)合羊膜的有益特性來促進傷口愈合。E-dress可以附著在組織缺陷的表面,并持續(xù)提供加速組織修復(fù)的生長因子。此外,與單獨羊膜相比,該裝置在自身低壓電刺激下可以加速修復(fù)因子向損傷組織的傳遞,顯著縮短傷口愈合時間。此外,該裝置的電源組件由可生物降解材料制成,具有優(yōu)異的生物相容性,為修復(fù)內(nèi)部器官損傷提供了潛在的途徑,為不同組織的修復(fù)提供了重要的參考策略。

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自供電、可持續(xù)、低壓電刺激釋放愈合因子,積極促進自由運動動物皮膚缺損的愈合(圖1)。該器件由三層組成。最外層是聚乳酸(PLGA)層,可以長期用作E-dress的柔性封裝。將Mg和Fe濺射到PLGA襯底上,形成相應(yīng)的環(huán)形電極用于電刺激。底層是釋放生長因子的具有良好生物相容性的羊膜層。在皮膚傷口上的E-dress貼片中,在體液環(huán)境下產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng),可以對羊膜層施加持續(xù)的電刺激,從而刺激羊膜在傷口部位連續(xù)分泌愈合生長因子。

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圖1柔性,生物相容性,自供電電子衣促進皮膚傷口修復(fù)示意圖。

為了驗證器件對傷口愈合的影響,作者使用E-dress在小鼠傷口缺損模型中促進傷口愈合。在小鼠背部制造全厚度1 cm × 1 cm的創(chuàng)面,并在術(shù)后不同天數(shù)評估各組處理后的創(chuàng)面愈合程度(圖2)。在E-dress治療7天后,E-dress組創(chuàng)面愈合最先進,創(chuàng)面面積較小。到第12天,E-dress組傷口完全閉合。羊膜(AM)組的愈合效果略遜于E-dress組,可能是由于缺乏電刺激驅(qū)動AM釋放足夠的生長因子,導(dǎo)致愈合速度較慢。但與空白對照組相比,羊膜組仍有一定的生長因子產(chǎn)生和釋放,說明生長因子在促進創(chuàng)面愈合中的關(guān)鍵作用。這與體外實驗的結(jié)論是一致的。作者還對剩余創(chuàng)面區(qū)域進行了堆疊圖像分析和創(chuàng)面區(qū)域定量分析。結(jié)果表明,羊膜促進傷口愈合是由于其釋放生長因子的能力。總之,“電子衣”可以通過自驅(qū)動低壓電刺激刺激和加速羊膜中生長因子的持續(xù)和充分釋放。

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圖2. E-dress在皮膚傷口修復(fù)中的體內(nèi)驗證。

該研究通訊作者為北航生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院常凌乾教授、甘肅省腫瘤醫(yī)院蘇海翔教授、甘肅省中心醫(yī)院孟照琰教授。第一作者甘肅省中心醫(yī)院王玉佩博士,北航博士生吳晗、北航博士生肖傲、西北師大碩士生朱靜為共同第一作者。


文獻詳情:

Reference: Y. Wang, H. Wu, A. Xiao, J. Zhu, et al. Combined amniotic membrane and self-powered electrical stimulator bioelectronic dress promotes wound healing, ACS Applied Materials & Interfaces, 2024.

文章鏈接:
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c18547

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