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

來源:北京航空航天大學      2024-03-27
導讀:傷口愈合是一個精確協調的過程,涉及無數的細胞、體液和分子機制許多因素,如免疫功能、合并癥和循環狀況,可以顯著影響整個愈合過程。創面敷料是促進創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,傳統的敷料在傷口肉芽組織處長時間的相互作用會形成網狀結構,更換敷料會損傷新形成的肉芽組織,導致疼痛復發。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化羊膜的應用并解決其缺點,以實現其作為傷口愈合的巨大潛力。

針對這一需求,北京航空航天大學常凌乾課題組在《ACS Applied Materials & Interfaces(IF: 9.5)期刊上發表了“Combined amniotic membrane and self-powered electrical stimulator bioelectronic dress promotes wound healing”的研究文章。設計了一種新型的柔性自供電電子衣(E-dress),利用電化學原理(鎂鐵柔性電極)提供一種可持續的低壓電刺激結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,并持續提供加速組織修復的生長因子。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,具有優異的生物相容性,為修復內部器官損傷提供了潛在的途徑,為不同組織的修復提供了重要的參考策略。

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自供電、可持續、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,形成相應的環形電極用于電刺激。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,在體液環境下產生電化學反應,可以對羊膜層施加持續的電刺激,從而刺激羊膜在傷口部位連續分泌愈合生長因子。

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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的創面,并在術后不同天數評估各組處理后的創面愈合程度(圖2)。在E-dress治療7天后,E-dress組創面愈合最先進,創面面積較小。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動AM釋放足夠的生長因子,導致愈合速度較慢。但與空白對照組相比,羊膜組仍有一定的生長因子產生和釋放,說明生長因子在促進創面愈合中的關鍵作用。這與體外實驗的結論是一致的。作者還對剩余創面區域進行了堆疊圖像分析和創面區域定量分析。結果表明,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”可以通過自驅動低壓電刺激刺激和加速羊膜中生長因子的持續和充分釋放。

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圖2. E-dress在皮膚傷口修復中的體內驗證

該研究通訊作者為北航生物與醫學工程學院常凌乾教授、甘肅省腫瘤醫院蘇海翔教授、甘肅省中心醫院孟照琰教授。第一作者甘肅省中心醫院王玉佩博士,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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