Advanced Science:创面管理新模式——超柔性离子皮肤促进创面愈合、监测伤口状态并重建皮肤触觉

严重创伤、大开放性手术、糖尿病足和压疮等引起的难愈性创面是骨科等临床治疗中面临的难题,常见于自身愈合能力较差的老年患者,往往导致治疗周期延长、经济和人工成本增加、术后感染的风险升高。目前临床上主要基于敷料进行皮肤创面治疗。然而,现有敷料存在缺乏抗菌性、粘附创面、无法控制创面湿度等不足,无法有效加快创面愈合。同时,现有敷料无法实现对伤口状态的实时监测,导致往往需要通过对创面频繁观察或细菌检测等手段判断创面愈合情况及是否发生感染,不仅消耗大量人力成本,易造成创面二次损伤和延误治疗的情况。此外,严重的大尺寸伤口往往导致伤口处触觉功能的丧失,给患者造成极大不便,甚至因无法感知触碰而导致伤口遭受二次物理损伤。因此,亟待开发可促进创面愈合、监测创面状态并实现触觉重建的智能化敷料用于难愈性创面的治疗。

苏州大学骨科研究所林潇副研究员和河北工业大学健康科学与工程研究中心(CHSE)杨磊教授课题组尝试将触觉修复纳入到创面治疗范畴中,利用其近期研制出能够重建软组织力学环境的自适应凝胶GPAH(Nat. Biomed. Eng. 2019, 3: 632-643)开发了具有创面治疗和状态监测功能的超柔性离子水凝胶PSH。他们进而将其与摩擦自发电柔性触觉传感器SFTS进行整合,制备出多功能离子皮肤MiS,同时实现对大尺寸伤口的治疗、状态监测和触觉功能重建,并可进一步通过感知触觉信号精确控制机械臂假肢的三维运动。MiS因此在骨科等难愈性创面的临床治疗中潜力可观,特别是为伴有感觉和/或运动功能丧失患者的创面治疗提供了新的模式。

该课题组近年来开发了一系列可注射等软、硬组织修复材料,逐渐形成了力学主动式(mechano-active)生物材料的概念和研究方向。本研究从力主动式生物材料的设计思路出发,利用前期研制的GPAH与聚丙烯酰胺PAM制备出仿生皮肤粘弹性特征的自粘性离子水凝胶PSH,可与皮肤形成完美贴合和变形适配。同时,利用氢键粘附机制实现PSH对皮肤的湿度自适应粘附,保证PSH使用可靠性的同时,避免了因PSH粘附创面对新生组织造成的二次损伤。基于硝酸根离子和钙离子抗菌和促细胞迁移的生物学效应,PSH具有广谱抗菌能力及加速伤口愈合的潜力。PSH还可以搭载药物并实现药物的环境响应型控制释放,有望进⼀步提升其治疗功能。进而,该研究团队将PSH与摩擦自发电柔性触觉传感器SFTS进行有效整合,制备出多功能离子皮肤MiS。动物实验显示,MiS可加速全层皮肤缺损的愈合,并实现皮肤组织的高质量再生。同时,基于离子凝胶对温度和湿度环境的电学响应原理,并通过对响应信号的定量解析,初步实现了MiS对渗液、温度等伤口状态的实时监测,使对严重炎症和感染进行及时、精准研判成为可能。重要的是,MiS可准确分辨碰触信号的位置和强度,并成功尝试了利用触觉信号控制机械臂假肢的三维运动的潜力,迈出了实现皮肤触觉功能的重建的第一步。该研究为未来骨科等临床中的智能化创面管理提出了新思路,显示出解决针对炎性和感染治疗、大面积创面护理、全层皮肤缺损的高质量再生、触觉功能的仿真重建等瓶颈问题的潜力,有望促进创面修复材料和器械的智能化升级。

论文信息:

Ultra‐Conformable Ionic Skin with Multi‐Modal Sensing, Broad‐Spectrum Antimicrobial and Regenerative Capabilities for Smart and Expedited Wound Care

Xiao Lin, Yuxuan Mao, Peng Li, Yanjie Bai, Tao Chen, Kang Wu, Dandan Chen  Huilin Yang  Lei Yang*

Advanced Science

DOI: 10.1002/advs.202004627