目前,全球有數百萬人飽受著慢性傷口帶來的痛苦。而一種已在動物實驗上取得成功的電擊膠布,有望給人類帶來福音。
目前全球有數百萬和2%的美國人正在遭受「開放性傷口」或「慢性傷口」的影響,而美國每年花費超過280億美元治療此類傷口。科學家們預估未來花費的金額會更多,因為糖尿病、肥胖、癌症、手術併發症病人在不斷增加。
這些受到慢性傷口影響的患者,傷口不僅癒合慢還容易復發,易受細菌感染,出現傷口潰爛,嚴重時可導致截肢或死亡。另外,這種傷口往往比一般的傷口更難治癒,若患者採用皮膚替代品、局部生長因子、幹細胞等一些較為先進的方法治療,則每個療程的費用為1,000美元到20,000美元不等,且治療的效果仍有侷限性。
由美國北卡州立大學、哥倫比亞大學、南韓高麗大學(Korea University)和著名的貝斯以色列女執事醫療中心等組成的研究團隊,成功研製出水力非電子敷料(Water-powered, electronics-free dressings, WPED),它可以用電療的方式加快傷口癒合。
過往的研究顯示,親膚電療在電擊傷口時,可增加細胞遷移、靜脈血流量和細胞增殖,有驅動傷口閉合或促進癒合的作用。但電療設備太笨重,也限制患者的行動。
為此,研究團隊研發出一種成本大約1美元的水力非電子敷料(WPED),可像膠布一樣貼合在身體各個部位的傷口上對其進行電擊。該研究成果於8月初被發表到《科學》期刊上,已被50多家媒體轉載報道。
該團隊做出的2D WPED,外表覆蓋一層商用親膚敷料,敷料裏面有一對薄膜刺激電極(重290毫克)和與生物具有相容性且幾乎無毒的鎂銀/氯化銀作為電池(重47毫克),其電池容量為0.4mAh、電壓在1.5V左右。
這種敷料只需幾滴水就能啟動電池,且可以透過觀察外表濕度檢測紙顏色,判定設備是否啟動。當電池啟動時會刺激電極產生溫和的電場,以達到刺激傷口增快癒合的效果。
2D WPED敷料很柔軟,能隨意貼在腳趾,或身體彎曲的部位,還能在極端溫度(低於0°C、高於35°C)、高濕度、高外部壓力正常運作。使用者只需更換敷料,就可以持續對傷口進行電療,完全不受場地的限制。
另外,他們還做一款3D WPED敷料,專門對付那些形狀複雜、大小和輪廓不一的傷口,而它的治療效果與2D WPED敷料相差無幾。
3D WPED敷料對付複雜傷口的秘密在於結構上。其外觀原始長和寬只有4厘米,厚度不到2毫米,裏面有兩圈電擊和電池組成。
它的蛇形外圈電極(OE)可以擴張開來,展開時是原本的1.3倍大,中心螺旋形的內電極(IE)像彈簧可以拉伸,拉直可達2厘米,且能深入傷口內部進行電擊作業,兩電極中間安置電池。
研究團隊用2D的WPED敷料,覆蓋到患有糖尿病小鼠的傷口(直徑1厘米)上,每次進行15分鐘至6個小時電擊療程,且實驗人員每天都會更換新的敷料,以與對照比對。
結果顯示,大多數接受WPED敷料電擊治療的糖尿病小鼠,傷口大多會在15天完全癒合,且癒合速度明顯快過其它小鼠。此外,這些傷口癒合後的表皮層更厚、膠原蛋白含量更高、炎症反應明顯變少,可以說恢復得更完整和健康。
他們還發現,接受治療的糖尿病小鼠能自由活動,且治療效果與昂貴的生物製劑、複雜電子設備相當,可以說WPED敷料是一種簡單、有效且更實用的傷口治療敷料。
研究人員表示,目前這項實驗已經成功讓動物的傷口康復,未來有望用於人類身上,屆時患者將不受到場地限制,他們可以在家中接受治療,不必再去診所或醫院待上幾個小時。
該研究的共同通訊作者、北卡州立大學電氣和電腦工程助理教授阿邁·班多卡(Amay Bandodkar)對該校的通訊室表示,「我們的目標是用低成本的技術,開發一種加速慢性傷口癒合的產品,並讓患者在家就可以使用。」
班多卡還表示,「我們接下來會持續改良敷料的效能,減少其電場的波動和延長電場的持續時間,讓敷料能夠用於人類的臨床試驗,最終幫助那些患者。」
這項研究工作受到美國國防高級研究計劃局的金援支持,WPED敷料未來有望申請專利。@
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