新型遇水发电绷带为改善家庭中的慢性伤口愈合提供了一个快速、经济的解决方案。
慢性伤口是开放性的伤口，即使能愈合也会非常缓慢。例如，糖尿病患者身上出现的疮口就是慢性伤口。这些伤口尤其棘手，因为它们常常在治疗后再次复发，并极大地增加了截肢和死亡的风险。不幸的是，目前治疗慢性伤口的现有方案成本高昂，给患者带来了额外的问题。
如今，研究人员已经开发出一种利用电场促进慢性伤口愈合的低成本绷带。在动物实验中，接受这种电绷带治疗的伤口比接受常规绷带治疗的伤口愈合速度快了30%。
“我们的目标在这里是开发一种成本低廉的技术，这种技术能加速慢性伤口患者的愈合，”这项工作的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学电气与计算机工程系的助理教授Amay Bandodkar表示。“我们还希望确保这种技术足够简单，让人们可以在家中使用，而不是患者只能在临床环境中接受。”
革命性的水力绷带
“这个项目是DARPA更大的一个项目的一部分，旨在通过个性化的伤口敷料来加速伤口愈合，”该论文的共同通讯作者、哥伦比亚大学生物医学工程教授Sam Sia说道。“这个合作项目表明，这些只需加水即可提供电刺激的轻质绷带比对照组更快地愈合了伤口，而且效果与更笨重、更昂贵的伤口治疗方法相似。”
具体而言，研究团队开发了水力驱动、无电子敷料（Water-powered, Electronics-free Dressings，简称WPEDs），这是一种一次性伤口敷料，一侧有电极，另一侧有一个小型生物相容性电池。将该敷料应用于患者身上，使电极与伤口接触。然后向电池中滴一滴水，使其激活。一旦激活，绷带将产生数小时的电场。
“这个电场是至关重要的，因为早有定论，电场会加速慢性伤口的愈合，”这项研究的共同第一作者、北卡罗来纳州立大学的博士后研究员拉贾拉姆·卡韦蒂说。
电极的设计方式使得它们可以随着绷带弯曲，并适应慢性伤口的表面，这些伤口往往很深且形状不规则。
卡维提表示：“这种适应能力是至关重要的，因为我们希望电场从伤口的外围向伤口的中心传导。”“为了有效地集中电场，你希望电极与伤口本身的外围和中心的患者接触。而且，由于这些伤口可能是不对称且较深的，你需要有能适应各种表面特征的电极。”
动物模型试验结果良好
“我们在糖尿病小鼠上测试了伤口敷料，糖尿病小鼠是伤口愈合研究中常用的动物模型，”哥伦比亚大学该研究共同第一作者 Maggie Jakus 说道。“我们发现，来自设备的电刺激加快了伤口愈合速度，促进了新血管的形成，并减少了炎症，这些结果都表明伤口愈合情况得到了全面改善。”
具体来说，研究人员发现，使用水凝胶伤口敷料的实验鼠比使用传统绷带的实验鼠恢复速度要快约30%。
经济实用的利益
但是，这些绷带能够以相对较低的成本生产也是同样重要的——我们说的是每片敷料的间接费用只有几美元，”班杜卡尔解释说。
“糖尿病足溃疡是一个严重的问题，可能导致下肢截肢，”该研究的合著者、贝斯以色列女执事医疗中心的外科教授阿里斯蒂迪斯·维维斯说。“迫切需要新的治疗方法，因为美国食品和药物管理局批准的最后一种治疗方法是在25多年前开发的。我的团队非常幸运能够参与这个项目，该项目研究创新且高效的新技术，这些技术有可能彻底改变糖尿病足溃疡的管理方式。”
含义和未来方向
此外，WPEDs可以快速且容易地应用。一旦应用，患者便可以四处走动并参与日常活动。这种功能意味着患者可以在家中接受治疗，并且更有可能遵守治疗方案。换句话说，患者不太可能错过治疗疗程或抄近路，因为他们不需要来到诊所或连续几小时保持不动。
班多卡尔表示：“我们接下来的步骤包括进一步开展工作，以微调我们减少电场波动和延长电场持续时间的能力。我们还将继续进行额外的测试，这将使我们更接近临床试验，并最终实现能够帮助人们的实际应用。”
该研究最近发表在《科学进展》杂志上。
参考文献：Rajaram Kaveti、Margaret A. Jakus、Henry Chen、Bhavya Jain、Darragh G. Kennedy、Elizabeth A. Caso、Navya Mishra、Nivesh Sharma、Baha Erim Uzunoğlu、Won Bae Han、Tae-Min Jang、Suk-Won Hwang、Georgios Theocharidis、Brandon J. Sumpio、Aristidis Veves、Samuel K. Sia和Amay J. Bandodkar于2024年8月7日在《Science Advances》期刊上发表的“无电子的水动力敷料，用于电刺激伤口以促进伤口快速闭合”一文。 DOI：10.1126/sciadv.ado7538
这项工作是在国防高级研究计划局（DARPA）授予的D20AC00004号拨款以及北卡罗来纳州立大学（NC State）集成传感器和技术高级自供电系统中心的支持下完成的，该中心由美国国家科学基金会授予的1160483号拨款资助。Bandodkar和Kaveti是这项工作的专利申请人。
