ワイヤレスのスマート包帯は、創傷のより迅速な閉鎖を促進し、皮膚の回復を促進します



いくらかの傷は治りません。 感染症、糖尿病などの病気、抑制された免疫システムが積み重なり、治癒が遅くなることがよくあります。 慢性的な傷は何ヶ月も続くことがあり、不安やうつ病につながる. 最悪の場合、命にかかわることもあります。 治療費は毎年 250 億ドルに跳ね上がっています。

しかし、これまでのところ、慢性創傷を治療するための解決策はほとんどありませんでしたが、スタンフォード大学の研究者は現在、創傷治癒プロセスを監視し、治療することで組織修復をスピードアップする有望なワイヤレススマート包帯を開発したと報告しています.同時に巻く。 研究者らは、Nature Biotechnology で 11 月 24 日に発表された論文で、彼らのデバイスが傷のより速い閉鎖を促進し、損傷した組織への新しい血流を増加させ、瘢痕形成を大幅に減らすことで皮膚の回復を促進すると述べています。

スマート包帯は、インピーダンス/温度センサーを使用して創傷治癒の進行を監視するワイヤレス回路で構成されています。 創傷の治癒が不十分であるか、感染が検出された場合、センサーは中央処理装置に通知して、創傷床全体にさらに電気刺激を加えて、組織の閉鎖を加速し、感染を減らします。 研究者は、スマートフォンでセンサー データをリアルタイムで追跡することができました。配線は必要ありません。

エンジニアリングの驚異

マイクロコントローラ ユニット (MCU)、無線アンテナ、メモリ、電気刺激装置、バイオセンサー、およびその他のコンポーネントを含む電子層は、わずか 100 ミクロンの厚さで、ラテックス ペイントの 1 層の厚さとほぼ同じです。

そのすべての回路は、巧妙に設計されたハイドロゲル (ゴム状の皮膚のようなポリマー) の上に乗っており、損傷した組織に治癒用の電気刺激を提供し、リアルタイムのバイオセンサー データを収集するために統合されています。

ヒドロゲル内のポリマーは、必要に応じて傷の表面にしっかりと接着するように慎重に設計されていますが、体温 (40°C/104°F) よりわずかに数度高い温度まで温めると、傷を傷つけることなくきれいにやさしく剥がすことができます。

傷をふさぐ際に、スマート包帯は治癒しながら保護します。 しかし、それは受動的なツールではありません。 これは、慢性創傷の治療における標準治療を変える可能性のある能動的治癒装置です。」


この研究の共同筆頭著者であり、スタンフォード大学工学部の化学工学の KK Lee 教授である Zhenan Bao の研究室のポスドク学者である Yuanwen Jiang 氏

電気走性としても知られる電気刺激は、ケラチノサイトの創傷部位への移動を加速し、細菌感染を制限し、創傷表面でのバイオフィルムの発達を防ぎ、積極的に組織の成長を促進し、組織の修復を助けることが以前に報告されています。 研究者は、この十分に研究された技術を採用し、リアルタイムのバイオセンサーデータと統合して、バイオセンサーによって通知される新しい自動治療モダリティを提供することができました.

スマート包帯のバイオセンシング機能は、局所環境の生物物理学的変化を監視し、創傷の状態を測定するためのリアルタイム、迅速、堅牢、かつ非常に正確な方法を提供します。 技術的に言えば、スマート包帯は、傷が治るにつれて導電率と皮膚の温度変化を感知します。傷が治るにつれて電気インピーダンスが増加し、炎症が治まるにつれて局所温度が低下します。 「1 つのデバイスで刺激と感知を行うことで、スマート包帯は治癒を早めますが、傷の改善も追跡します」と、ジェフリーの研究室で卒業研究を完了した研究の共著者である Artem Trotsyuk は述べています。ガートナー医学博士は、以前はスタンフォード医科大学のジョンソン・エンド・ジョンソン外科特別教授 (名誉) であり、現在はツーソンのアリゾナ大学で外科部長および生物医学工学の教授を務めています。 「これは、新しい生物学的発見と、人間の治癒過程に関する以前は検証が困難だった仮説の調査を可能にする新しいモダリティを表していると考えています。」

歓迎すべき結果、新しい方向性

研究者たちは研究をさらに一歩進め、電気刺激が傷をより速く治す理由と方法を理解するために冒険しました。 彼らは現在、電気刺激が、病原体のクリアランスと創傷修復を助けることがわかっている抗炎症遺伝子であるSelenopや、筋肉と軟組織の成長を増加させることが示されているApoeなどの再生促進遺伝子の活性化を促進すると信じています。 . 同様に、電気刺激は、以前に再生促進性であり、細胞外マトリックス形成において重要な役割を果たしていると報告されている M2 抗炎症性マクロファージのより多くの動員を通じて、白血球集団、すなわち単球とマクロファージの量を増加させました。これは、創傷治癒の増殖期に必要です。

研究者たちは、スマート包帯は有望ではあるが、まだ概念実証であると警告している. しかし、多くの課題が残っています。 これらには、デバイスのサイズをヒューマン スケールに拡大すること、コストを削減すること、長期的なデータ ストレージの問題を解決することが含まれます。大量生産にスケールアップするために必要なすべてが必要であり、機会が発生する必要があります。 同様に、代謝物、バイオマーカー、pH を測定するセンサーなど、現在統合されていない新しいセンサーが追加される可能性があります。 また、皮膚がデバイスに反応してゲルと皮膚の組み合わせが悪くなったり、刺激を引き起こす可能性のあるセンサーのバイオファウリングが発生したりする可能性があるヒドロゲル拒絶反応など、臨床使用への潜在的な障害がいくつかあります。

これらのハードルにもかかわらず、研究者は前進し、慢性創傷に苦しむ患者に希望を与えるスマート包帯の可能性について楽観的であり続けています.

スタンフォード共同筆頭著者: Yuanwen Jiang は Bao Group の博士研究員です。 Artem Trotsyuk は Gurtner Lab の元大学院生です。 Simiao Niu は Bao Group の元博士研究員です。

ソース:

スタンフォード ウェアラブル エレクトロニクス イニシアチブ

ジャーナルの参照:

Jiang、Y.、他。 (2022) 統合されたセンサーと刺激装置を備えた、高度な創傷ケアと治癒の加速のためのワイヤレス、閉ループ、スマート包帯。 ネイチャーバイオテクノロジー。 doi.org/10.1038/s41587-022-01528-3.



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