Det första transienta elektroniska bandaget påskyndar läkningen med 30 %

Det första transienta elektroniska bandaget påskyndar läkningen med 30 %

Tidsstämpel: 22 februari 2023 1:57
Källnod: 1972187
22 februari 2023 (Nanowerk Nyheter) Northwestern University-forskare har utvecklat ett första i sitt slag, litet, flexibelt, töjbart bandage som påskyndar läkningen genom att leverera elektroterapi direkt till sårplatsen. I en djurstudie läkte det nya bandaget diabetiska sår 30 % snabbare än hos möss utan bandaget. Bandaget övervakar också aktivt läkningsprocessen och löses sedan ofarligt - elektroder och allt - i kroppen efter att det inte längre behövs. Den nya enheten kan ge ett kraftfullt verktyg för patienter med diabetes, vars sår kan leda till olika komplikationer, inklusive amputerade lemmar eller till och med dödsfall. Forskningen publicerad i tidskriften Vetenskap Förskott ("Bioresorberbart, trådlöst och batterifritt system för elektroterapi och impedansavkänning på sårställen"). Det markerar det första bioresorberbara bandaget som kan ge elektroterapi och det första exemplet på ett smart regenerativt system. liten blomformad elektrod En närbild på bandagets två elektroder: En liten blomformad elektrod som sitter precis ovanpå sårbädden och en ringformad elektrod som sitter på frisk vävnad för att omge hela såret. (Bild: Northwestern University) "När en person utvecklar ett sår, är målet alltid att stänga det såret så snabbt som möjligt", säger Guillermo A. Ameer från Northwestern, som ledde studien. "Annars är ett öppet sår känsligt för infektion. Och för personer med diabetes är infektioner ännu svårare att behandla och farligare. För dessa patienter finns ett stort otillfredsställt behov av kostnadseffektiva lösningar som verkligen fungerar för dem. Vårt nya bandage är kostnadseffektivt, lätt att applicera, anpassningsbart, bekvämt och effektivt för att stänga sår för att förhindra infektioner och ytterligare komplikationer.” "Även om det är en elektronisk enhet är de aktiva komponenterna som gränsar till sårbädden helt resorberbara", säger Northwesterns John A. Rogers, som ledde studien. "Som sådan försvinner materialen naturligt efter att läkningsprocessen är klar, och undviker därmed skador på vävnaden som annars skulle kunna orsakas av fysisk extraktion." En expert på regenerativ ingenjörskonst, Ameer är Daniel Hale Williams professor i biomedicinsk teknik vid Northwesterns McCormick School of Engineering och professor i kirurgi vid Northwestern University Feinberg School of Medicine. Han leder också Center for Advanced Regenerative Engineering (CARE) och predoctoral Regenerative Engineering Training Program, finansierat av National Institutes of Health. Rogers är Louis Simpson och Kimberly Querrey professor i materialvetenskap och teknik, biomedicinsk teknik och neurologisk kirurgi vid McCormick och Feinberg. Han leder också Querrey Simpson Institute for Bioelectronics. anordning för ett flexibelt elektroniskt bandage Professor Guillermo Ameer håller i den lilla, tunna, flexibla enheten. (Bild: Northwestern University)

Elkraft

Nästan 30 miljoner människor i USA har diabetes, och cirka 15 till 25 % av den befolkningen utvecklar ett diabetiskt fotsår någon gång i livet. Eftersom diabetes kan orsaka nervskador som leder till domningar, kan personer med diabetes uppleva en enkel blåsa eller en liten repa som förblir obemärkt och obehandlad. Eftersom höga glukosnivåer också förtjockar kapillärväggarna saktar blodcirkulationen ner, vilket gör det svårare för dessa sår att läka. Det är en perfekt storm för en liten skada att utvecklas till ett farligt sår. Forskarna var nyfikna på att se om elektrisk stimuleringsterapi kunde hjälpa till att stänga dessa envisa sår. Enligt Ameer kan skador störa kroppens normala elektriska signaler. Genom att applicera elektrisk stimulering återställer den kroppens normala signaler och lockar nya celler att migrera till sårbädden. "Vår kropp är beroende av elektriska signaler för att fungera," sa Ameer. "Vi försökte återställa eller främja en mer normal elektrisk miljö över såret. Vi observerade att celler snabbt migrerade in i såret och regenererade hudvävnad i området. Den nya hudvävnaden inkluderade nya blodkärl och inflammationen dämpades.” Historiskt har läkare använt elektroterapi för läkning. Men det mesta av den utrustningen inkluderar trådbundna, skrymmande apparater som bara kan användas under övervakning på sjukhus. För att designa en mer bekväm produkt som kan bäras dygnet runt hemma, samarbetade Ameer med Rogers, en bioelektronikpionjär som först introducerade konceptet med bioresorberbar elektronisk medicin 2018.

Fjärrstyrning

De två forskarna och deras team utvecklade till slut ett litet, flexibelt bandage som mjukt virar runt skadestället. Ena sidan av det smarta regenerativa systemet innehåller två elektroder: En liten blomformad elektrod som sitter precis ovanpå sårbädden och en ringformad elektrod som sitter på frisk vävnad för att omge hela såret. Den andra sidan av enheten innehåller en energiuppsamlande spole för att driva systemet och ett närfältskommunikationssystem (NFC) för att trådlöst transportera data i realtid. Teamet inkluderade också sensorer som kan bedöma hur väl såret läker. Genom att mäta motståndet hos den elektriska strömmen över såret kan läkare övervaka framstegen. En gradvis minskning av strömmätningen är direkt relaterad till läkningsprocessen. Så om strömmen förblir hög vet läkare att något är fel. Genom att bygga in dessa funktioner kan enheten fjärrstyras utan sladdar. På långt håll kan en läkare bestämma när den elektriska stimuleringen ska tillämpas och kan övervaka sårets läkning. "När ett sår försöker läka, producerar det en fuktig miljö," sa Ameer. "Då, när det läker, bör det torka upp. Fukt förändrar strömmen, så vi kan upptäcka det genom att spåra elektriskt motstånd i såret. Sedan kan vi samla in den informationen och överföra den trådlöst. Med sårvårdshantering vill vi helst att såret ska stänga inom en månad. Om det tar längre tid kan den förseningen skapa oro.” I en liten djurmodellstudie tillämpade forskarna elektrisk stimulering i bara 30 minuter om dagen. Även denna korta tid påskyndade stängningen med 30 %.

Försvinnande handling

När såret är läkt löses den blomformade elektroden helt enkelt upp i kroppen, utan att behöva ta tillbaka den. Teamet tillverkade elektroderna av en metall som kallas molybden, som används ofta i elektroniska och halvledarapplikationer. De upptäckte att när molybden är tillräckligt tunt kan det brytas ned biologiskt. Dessutom stör det inte läkningsprocessen. "Vi är de första som visar att molybden kan användas som en biologiskt nedbrytbar elektrod för sårläkning," sa Ameer. "Efter ungefär sex månader var det mesta borta. Och vi fann att det finns väldigt lite ansamling i organen. Inget utöver det vanliga. Men mängden metall vi använder för att tillverka dessa elektroder är så minimal att vi inte förväntar oss att det ska orsaka några större problem.” Därefter planerar teamet att testa sitt bandage för diabetiska sår i en större djurmodell. Sedan siktar de på att testa det på människor. Eftersom bandaget utnyttjar kroppens egen läkande kraft utan att släppa ut droger eller biologiska läkemedel, möter det färre reglerande hinder. Detta innebär att patienter potentiellt skulle kunna se det på marknaden mycket tidigare.

Tidsstämpel:

Mer från Nanoverk