有些伤口是无法愈合的。感染、糖尿病等疾病和免疫系统抑制通常会导致愈合缓慢。慢性伤口可持续数月并导致焦虑和抑郁。在最坏的情况下，它们会危及生命。每年的治疗费用已飙升至 250 亿刀（美元）。
然而，到目前为止，治疗慢性伤口的解决方案还很少，2022年医疗设备展Medtec China了解到米国斯坦福大学的研究人员现在报告称，他们已经开发出一种无线智能绷带，通过监测伤口愈合过程和同时治疗伤口，在加速组织修复方面显示出了希望。
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研究人员在前天发表在《自然生物技术》（Nature Biotechnology）上的一篇论文中说，他们的装置促进伤口更快闭合，增加流向受伤组织的新血流，并通过显著减少疤痕形成来促进皮肤恢复。
智能绷带由无线电路组成，使用阻抗/温度传感器来监测伤口愈合的进程。如果伤口愈合较慢或检测到感染，传感器会通知中央处理单元在伤口床上施加更多的电刺激，以加速组织闭合并减少感染。研究人员能够在智能手机上实时跟踪传感器数据，而无需电线。
电子层，包括微控制器单元 (microcontroller unit, MCU)、无线电天线、存储器、电刺激器、生物传感器和其他组件，厚度仅为 100 微米——大约是一层乳胶漆的厚度。
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所有这些电路都安装在巧妙设计的水凝胶（一种类似皮肤的橡胶状聚合物）之上，该水凝胶被集成以向受伤组织提供治疗性电刺激并收集实时生物传感器数据。
水凝胶中的聚合物经过精心设计，可在需要时牢固地粘附在伤口表面，但在加热到仅比体温高几度 (40°C/104°F) 时，可以干净、轻柔地拉开而不会伤害伤口。
该研究的共同第一作者是米国斯坦福大学化学工程系 KK Lee 教授 Zhenan Bao（鲍哲南，音译）实验室的博士后 Yuanwen Jiang（姜元文，音译）。
米国斯坦福大学
该研究的另一位共同第一作者为 Artem Trotsyuk，Trotsyuk 在 Geoffrey Gurtner 医学博士的实验室完成了他的研究生工作。
TIPS: Geoffrey Gurtner 医学博士曾是斯坦福医学院强生杰出外科教授(荣誉退休)，目前是图森市亚利桑那大学外科学系主任和生物医学工程教授。
Geoffrey Gurtner 医学博士
研究者指出：在封闭伤口时，智能绷带在愈合时起到保护作用。但它不是被动工具。它是一种主动治疗装置，可以改变慢性伤口治疗的护理标准。
此前有报道称，电刺激也被称为趋电性（galvanotaxis），可以加速角质形成细胞向伤口部位的迁移，限制细菌感染，防止伤口表面生物膜的形成，从而主动促进组织生长，帮助组织修复。研究人员能够采用这项经过充分研究的技术，并将其与实时生物传感器数据集成，从而提供一种由生物传感器提供信息的新型自动化治疗方式。
智能绷带的生物传感功能可监测局部环境的生物物理变化，提供实时、快速、稳健且极其准确的方法来测量伤口状况。从技术上讲，智能绷带可以感知伤口愈合时皮肤的电导率和温度变化——电阻抗随着伤口愈合而增加，局部温度随着炎症消退而下降。
智能绷带的刺激和感知功能集于一体，可以加速愈合，但它也可以跟踪伤口的改善情况。
研究者认为它代表了一种新的模式，它将使新的生物学发现和探索以前难以检验的关于人类康复过程的假设成为可能。
研究人员将他们的研究更进一步，试图了解电刺激为何以及如何更快地治愈伤口。他们现在认为，电刺激会促进促再生基因的激活（pro-regenerative genes），例如 Selenop（一种已被发现有助于病原体清除和伤口修复的抗炎基因）和 Apoe（已被证明可促进肌肉和软组织生长）。
同样，电刺激通过募集更多的 M2 抗炎巨噬细胞增加了白细胞数量，即单核细胞和巨噬细胞，之前曾报道这些巨噬细胞具有促再生作用，并在细胞外基质形成中发挥关键作用，这是伤口愈合的增殖阶段所必需的。
研究人员告诫说，智能绷带目前只是一个概念证明，尽管它很有前途。然而，仍然存在许多挑战。这些包括将装置的尺寸增加到人类规模、降低成本和解决长期数据存储问题——如果需要和机会出现，所有这些都是大规模生产的必要条件。
同样，可能会添加目前未集成的新传感器，例如测量代谢物、生物标志物和 pH 值的传感器。并且存在一些临床使用的潜在障碍，例如水凝胶排斥，其中皮肤可能对装置产生反应并产生不良的凝胶与皮肤结合，或传感器的生物污染，这可能导致刺激。
尽管存在这些障碍，研究人员仍在向前推进，并对他们的智能绷带的潜力保持乐观，为慢性创伤患者带来希望。
原文图 1：用于慢性伤口管理的无线智能绷带总体设计。
a，b，包括柔性印刷电路板 (Flexible Printed Circuit Board, FPCB) 和组织界面导电粘合剂水凝胶的无线智能绷带的示意图（a）和分解图（b）。c，智能绷带正面（左）和背面（右）的照片，显示了 MCU、晶体振荡器、HPF 以及刺激和感应电极。d , e , 照片显示 FPCB 的柔韧性 ( d ) 和水凝胶界面的粘附力以及电路板的薄布局 ( e , 下)。F, 框图说明了无线智能绷带系统的关键组件，该系统包括具有并行刺激和传感模式的 NFC 电子设备。CPU，中央处理器。
附相关研究背景信息：
慢性无法愈合的伤口是一个巨大的医疗负担，仅在米国就有600万人受到影响。慢性伤口的定义是在 8-12 周内仍未愈合，并不能恢复受影响部位的功能和解剖完整性。这些伤口与丧失功能和行动能力、社会压力和孤立程度增加、抑郁和焦虑、住院时间延长以及总体发病率和死亡率增加有关。此外，据估计，每年医疗保健系统用于管理与伤口相关的慢性并发症的财务成本为 250 亿刀（美元）。
在正常的伤口愈合过程中，当受伤发生时，组织会经历伤口再生的三个典型阶段:炎症、新组织形成和重塑。在每个阶段，不同的细胞被招募、迁移、激活和增殖，以实现组织再生和减少感染。
当这个精心安排的过程受到损害时，往往不是单一的原因，而是多个因素造成的。这些因素包括糖尿病、感染、缺血、代谢状况、免疫抑制和辐射等合并症，这可能导致蛋白酶水平升高、炎症标志物升高、生长因子活性降低和创面内细胞增殖减少。这可能导致严重的病人不适和增加住院率。
虽然有针对慢性伤口的干预措施，如生长因子、细胞外基质、工程皮肤和负压伤口疗法，但这些治疗方法的效果并不显著。目前的标准护理伤口敷料是被动的，不能积极响应伤口环境的变化。
智能绷带技术能够很好地应对这些挑战，它们能够集成多模态传感器和刺激器，在最小的医生干预下进行实时监测和积极的伤口护理治疗。
先前的研究表明，随着伤口的愈合，皮肤阻抗会增加。然而，当伤口感染时，由于生物膜的形成，伤口阻抗会降低。随着感染的进一步发展，局部炎症使伤口温度升高。这两种信号都可以被嵌入可穿戴装置的低成本传感器轻松捕获，作为即将发生的伤口感染的哨兵。这些生物物理信号实时提供了关于伤口状况的快速、可靠和准确的信息，为快速、自主地以闭环方式诊断和监测未愈合伤口创造了机会。
来源： 血管科普新区