بانداژ هوشمند بی‌سیم باعث بسته شدن سریع‌تر زخم‌ها می‌شود و بهبودی پوست را افزایش می‌دهد



بعضی زخم ها خوب نمی شوند عفونت‌ها، بیماری‌هایی مانند دیابت، و سیستم ایمنی سرکوب‌شده اغلب در کنار هم قرار می‌گیرند تا بهبودی آهسته داشته باشند. زخم های مزمن می توانند ماه ها طول بکشند و منجر به اضطراب و افسردگی شوند. در بدترین موارد، آنها تهدید کننده زندگی هستند. هزینه درمان هر سال به 25 میلیارد دلار افزایش یافته است.

با این حال، تاکنون راه‌حل‌هایی برای درمان زخم‌های مزمن بسیار کم بوده است، اما محققان دانشگاه استنفورد اکنون گزارش داده‌اند که بانداژ هوشمند بی‌سیمی ساخته‌اند که با نظارت بر روند بهبود زخم و درمان زخم، نویدبخش تسریع ترمیم بافت است. زخم به طور همزمان محققان در مقاله ای که در 24 نوامبر منتشر شد می گویندهفتم که در بیوتکنولوژی طبیعت که دستگاه آنها باعث بسته شدن سریعتر زخم ها، افزایش جریان خون جدید به بافت آسیب دیده و بهبود پوست با کاهش قابل توجه تشکیل اسکار می شود.

بانداژ هوشمند از مدار بی سیمی تشکیل شده است که از حسگرهای امپدانس/دما برای نظارت بر روند بهبود زخم استفاده می کند. اگر زخم کمتر بهبود یابد یا عفونت تشخیص داده شود، حسگرها به واحد پردازش مرکزی اطلاع می‌دهند تا تحریک الکتریکی بیشتری را در سراسر بستر زخم اعمال کند تا بسته شدن بافت را تسریع کند و عفونت را کاهش دهد. محققان توانستند داده‌های حسگر را در زمان واقعی و بدون نیاز به سیم روی تلفن هوشمند ردیابی کنند.

شگفتی مهندسی

لایه الکترونیکی شامل یک واحد میکروکنترلر (MCU)، آنتن رادیویی، حافظه، محرک الکتریکی، حسگرهای زیستی و سایر اجزاء، فقط 100 میکرون ضخامت دارد – تقریباً ضخامت یک لایه رنگ لاتکس.

تمام این مدارها بر روی یک هیدروژل مهندسی شده هوشمندانه سوار می شوند؛ پلیمری لاستیکی و پوست مانند؛ که برای ارائه تحریک الکتریکی شفابخش به بافت آسیب دیده و جمع آوری داده های بیوسنسور در زمان واقعی یکپارچه شده است.

پلیمر موجود در هیدروژل به دقت طراحی شده است تا در صورت نیاز به طور ایمن به سطح زخم بچسبد، اما وقتی تنها چند درجه بالاتر از دمای بدن (40 درجه سانتیگراد / 104 درجه فارنهایت) گرم شود، به طور تمیز و آرام بدون آسیب به زخم از بین برود.

در مهر و موم کردن زخم، بانداژ هوشمند هنگام بهبودی از آن محافظت می کند. اما یک ابزار منفعل نیست. این یک دستگاه شفابخش فعال است که می تواند استاندارد مراقبت در درمان زخم های مزمن را تغییر دهد.”


یوان ون جیانگ، نویسنده اول مطالعه و محقق فوق دکترا در آزمایشگاه ژنان بائو، استاد KK لی در مهندسی شیمی در دانشکده مهندسی استنفورد

تحریک الکتریکی که به نام گالوانوتاکسی نیز شناخته می‌شود، قبلاً گزارش شده بود که مهاجرت کراتینوسیت‌ها به محل زخم را تسریع می‌کند، عفونت‌های باکتریایی را محدود می‌کند و از ایجاد بیوفیلم‌ها بر روی سطوح زخم جلوگیری می‌کند تا به طور فعال رشد بافت را تقویت کند و به ترمیم بافت کمک کند. محققان توانستند از این فناوری به خوبی مطالعه شده استفاده کنند و آن را با داده‌های بیوسنسور بی‌درنگ ادغام کنند تا یک روش درمانی خودکار جدید ارائه کنند که توسط حسگرهای زیستی اطلاع‌رسانی می‌شود.

قابلیت‌های حسگر زیستی بانداژ هوشمند تغییرات بیوفیزیکی را در محیط محلی نظارت می‌کند و روشی بی‌درنگ، سریع، قوی و بسیار دقیق برای اندازه‌گیری وضعیت زخم ارائه می‌کند. از نظر فنی، بانداژ هوشمند رسانایی و تغییرات دما را در پوست با بهبود زخم حس می‌کند؛ امپدانس الکتریکی با بهبود زخم‌ها افزایش می‌یابد و با کاهش التهاب، دمای موضعی کاهش می‌یابد. آرتم تروتسیوک، یکی از اولین نویسندگان این مطالعه که کار فارغ التحصیلی خود را در آزمایشگاه جفری به پایان رساند، می گوید: “با تحریک و حس کردن در یک دستگاه، بانداژ هوشمند بهبود را سرعت می بخشد، اما با بهبود زخم نیز پیگیری می کند.” دکتر گورتنر، سابقاً استاد ممتاز جراحی جانسون و جانسون (بازنشسته) در دانشکده پزشکی استنفورد، و در حال حاضر رئیس گروه جراحی و استاد مهندسی زیست پزشکی در دانشگاه آریزونا در توسان است. ما فکر می‌کنیم که نشان‌دهنده یک روش جدید است که کشف بیولوژیکی جدید و اکتشاف فرضیه‌هایی را که قبلاً آزمایش آن‌ها دشوار بود در مورد فرآیند شفای انسان امکان‌پذیر می‌سازد.

نتایج خوش آمدید، مسیرهای جدید

محققان مطالعه خود را یک قدم جلوتر بردند و به دنبال درک این موضوع بودند که چرا و چگونه تحریک الکتریکی زخم را سریع تر بهبود می بخشد. آنها اکنون بر این باورند که تحریک الکتریکی باعث فعال شدن ژن های احیا کننده مانند سلنوپ، یک ژن ضد التهابی که به پاکسازی پاتوژن و ترمیم زخم کمک می کند و آپو، که نشان داده شده است رشد عضلات و بافت نرم را افزایش می دهد. به همین ترتیب، تحریک الکتریکی میزان جمعیت گلبول‌های سفید خون، یعنی مونوسیت‌ها و ماکروفاژها را از طریق به‌کارگیری مقادیر بیشتری از ماکروفاژهای ضد التهابی M2 افزایش داد، که قبلاً به‌عنوان پیش‌سازنده گزارش شده‌اند و نقش کلیدی در تشکیل ماتریکس خارج سلولی دارند. که در مراحل پرولیفراتیو بهبود زخم لازم است.

محققان هشدار می‌دهند که بانداژ هوشمند هنوز یک اثبات مفهومی است، هرچند امیدوارکننده. با این حال، بسیاری از چالش ها باقی مانده است. اینها شامل افزایش اندازه دستگاه در مقیاس انسانی، کاهش هزینه، و حل مشکلات ذخیره سازی داده های طولانی مدت است – همه موارد لازم برای افزایش مقیاس تا تولید انبوه در صورت نیاز و فرصت ایجاد می شود. به همین ترتیب، حسگرهای بالقوه جدیدی وجود دارند که در حال حاضر ادغام نشده‌اند و ممکن است اضافه شوند، مانند حسگرهایی که متابولیت‌ها، نشانگرهای زیستی و pH را اندازه‌گیری می‌کنند. و برخی موانع بالقوه برای استفاده بالینی وجود دارد، مانند رد هیدروژل، که در آن پوست ممکن است به دستگاه واکنش نشان دهد و ترکیب بد ژل به پوست یا رسوب زیستی حسگرها را ایجاد کند که می تواند باعث تحریک شود.

با وجود این موانع، محققان در حال پیشروی هستند و نسبت به پتانسیل بانداژ هوشمند خود برای ایجاد امید برای بیماران مبتلا به زخم های مزمن خوش بین هستند.

نویسندگان اول استنفورد: Yuanwen Jiang یک دانشجوی فوق دکتری در گروه Bao است. آرتم تروتسیوک یک دانشجوی کارشناسی ارشد سابق در آزمایشگاه گورتنر است. Simiao Niu یک محقق سابق فوق دکترا در گروه Bao است.

منبع:

ابتکار عمل الکترونیک پوشیدنی استنفورد

مرجع مجله:

جیانگ، ی. و همکاران (2022) بانداژ هوشمند بی سیم، حلقه بسته با حسگرها و محرک های یکپارچه برای مراقبت پیشرفته زخم و بهبودی سریع. بیوتکنولوژی طبیعت doi.org/10.1038/s41587-022-01528-3.



منبع