Nature Electronics | 柔性可降解的自供电绷带可加速肠道伤口愈合

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关键要点

肠道伤口愈合是一个长期存在的问题，传统的基于缝合的肠道闭合手术通常会导致术后问题。因此，人们一直在寻找能够有效治愈伤口的替代策略或装置。

在这里，作者报道了一种由柔软且可生物降解的材料制成的自供电电子绷带，可以加速肠道伤口的愈合。该设备采用双重电刺激促进伤口愈合，其来自镁和钼微电极对的自供电原电池可促进愈合因子的胞吐作用。对小鼠的体外和体内研究表明，与传统的基于缝合的治疗和单次电刺激的电子绷带相比，可加速肠道愈合。他们的进展在《自然·电子学》杂志上进行了详细介绍。

a. 将双电刺激电子绷带应用到肠道伤口上的示意图

b. 电子绷带各层的分解图。三个功能部分从上到下分别是：

    1. 用于封装的电纺 PCL 基板;

    2. 具有Mg/Mo叉指微电极对的原电池，作为ET和ES双电刺激的电源。

    3. 含有有效负载的壳聚糖水凝胶层，使电子绷带牢固地附着在肠道表面。

c. PCL 基底的纤维网络的扫描电子显微镜图像。

d. 电子绷带各层降解为可生物降解化合物的机制。

e、f. 由 Mo-Mg 叉指微电极对操作的双电刺激。

模式 1：局部肠上皮细胞的脉冲电刺激 (ET)，其中矩形脉冲电场穿透细胞膜并将货物（即 EGF 编码的 DNA 质粒）输送到细胞内；

模式2：由体液构成的原电池对局部肠上皮细胞进行低电压连续直流电刺激(ES)；

g. 通过环绕玻璃棒来演示电子绷带的机械灵活性，模拟电子绷带在体内围绕肠道的环形包裹。

h. E-绷带在弯曲下的应变的有限元分析。

i. 照片显示 E 绷带在 37°C 的 PBS（pH 7.4）中的降解过程。 

a. 研究电子绷带肠道伤口愈合功效的体内治疗策略示意图。

b. 电子绷带应用于小鼠肠道伤口的照片。

c. 多普勒超声图像显示植入1周后电子绷带与小鼠肠道紧密结合。

d. 植入后48小时用电子绷带电转染的肠道切片的横向视图。

e. 植入电子绷带的电刺激模式的开路电压。

f. 植入后第1、2、3和7天四组中EGF蛋白细胞外浓度的体内趋势。

g. 植入的电子绷带在 6 周内的生物降解过程中的形态图像。

电子绷带的脉冲电刺激可增强体内肠上皮 EGF 表达，ET 效率高达约 30%。同时，原电池产生电场，持续向局部细胞传递直流电刺激，促进EGF胞吐作用。在小鼠模型中，电子绷带被证明可以减少术后并发症，包括增生、阻塞和体重减轻。与传统手术闭合相比，它还被证明可以改善愈合肠道的组织形态并增加相对益生菌群。

本文针对肠道进行了演示，但未来可以开发类似的可生物降解电子绷带来促进其他器官和组织的伤口愈合，包括神经系统、皮肤和肌肉。

该论文的支持单位包括：北京生物医学工程高精尖创新中心、北京航空航天大学生物科学与医学工程学院、香港城市大学生物医学工程系、北京大学第一医院实验动物中心、宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学系、生物医学工程系、材料科学与工程系、首都医科大学附属北京胸科医院转化医学中心、北京航空航天大学北京工程医学院等。

该工作得到了国家重点研发计划（批准号：2022YFB3205600和2023YFC2415900）、国家自然科学基金（批准号：32071407、62003023）、北京市自然科学基金（批准号：7212204）的资助。LC）；国家自然科学基金（批准号：32101088）和北京新星计划（批准号：Z2111000021211133、20220484225）（均授予LW）。

▼参考资料

Wu, H., Wang, Y., Li, H. et al. Accelerated intestinal wound healing via dual electrostimulation from a soft and biodegradable electronic bandage. Nat Electron (2024). https://doi.org/10.1038/s41928-024-01138-8

编译 | 刘帅

来源 | Nature Elctronics

审核 | 医工学人

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