糖尿病傷口發(fā)病機(jī)制復(fù)雜、感染概率高、恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，約20%的糖尿病患者受此影響。傳統(tǒng)的干式敷料無(wú)法滿足糖尿病傷口的特定微環(huán)境，并且容易造成繼發(fā)性損傷。而功能性傷口敷料如水凝膠，表現(xiàn)出優(yōu)異的物化性質(zhì)，其三維多孔結(jié)構(gòu)有助于載藥，為傷口管理提供了一個(gè)理想的平臺(tái)。然而現(xiàn)有的水凝膠敷料藥物儲(chǔ)存容量有限，藥物釋放持續(xù)時(shí)間短，依賴(lài)于被動(dòng)擴(kuò)散作為藥物釋放機(jī)制，缺乏可控性，無(wú)法考慮到顯著影響傷口愈合的血糖水平的節(jié)律性變化，從而導(dǎo)致治療結(jié)果不佳。為了解決上述問(wèn)題，浙江大學(xué)藥學(xué)院南科望研究員、化學(xué)工程與生物工程學(xué)院關(guān)怡新教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合，開(kāi)發(fā)了一種響應(yīng)無(wú)線電刺激、載藥的水凝膠生物電子貼片。該設(shè)備設(shè)計(jì)了一個(gè)靈活的、低功率的電路，具有藍(lán)牙通信和電壓調(diào)節(jié)功能，從而將電刺激和藥物的可控釋放和可補(bǔ)充功能結(jié)合來(lái)加速糖尿病傷口愈合。貼片的治療效果在糖尿病大鼠傷口模型中得到了證明。這意味著這是一種綜合、持久和有效的用于糖尿病傷口管理的電子藥物混合解決方案。該研究以“Wireless, Programmable, and Refillable Hydrogel Bioelectronics for Enhanced Diabetic Wound Healing”為題，發(fā)表于Advanced Science。
該論文創(chuàng)新地提出了一種水凝膠生物電子貼片，其中藥物可以進(jìn)行重復(fù)補(bǔ)充而無(wú)需更換設(shè)備，并且水凝膠響應(yīng)電刺激可以實(shí)現(xiàn)藥物的可控釋放。具體來(lái)說(shuō)，它由三個(gè)主要組件組成：導(dǎo)電水凝膠、由PDMS制成的軟底盤(pán)和柔性電路。貼片的柔性電路由一個(gè)微控制器單元（MCU）組成，其中包含用于無(wú)線通信的藍(lán)牙。該無(wú)線電路的設(shè)計(jì)不僅允許預(yù)設(shè)的電壓協(xié)議，而且還支持根據(jù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)電壓調(diào)整。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了水凝膠貼片藥物的可控釋放和可補(bǔ)充功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著電壓的增加，水凝膠的藥物釋放量也隨之增加，并且可以隨著電壓的“開(kāi)-關(guān)”狀態(tài)顯示出階梯式的釋放曲線。同時(shí)向貼片的藥物儲(chǔ)囊內(nèi)注射的藥物溶液可以成功補(bǔ)充進(jìn)水凝膠中，這大幅增加了水凝膠的藥物儲(chǔ)存量和藥物釋放時(shí)間。貼片的實(shí)際治療效果在糖尿病大鼠傷口模型中得到了驗(yàn)證。結(jié)果表明，水凝膠貼片對(duì)糖尿病傷口的愈合有明顯的促進(jìn)作用。此外，糖尿病人具有個(gè)性化的生物節(jié)律。例如，糖尿病患者在餐后血糖會(huì)達(dá)到峰值，這更有可能在傷口部位誘發(fā)氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)。而通過(guò)無(wú)線開(kāi)關(guān)，患者可以自主按需開(kāi)啟電壓，使得模型藥物的釋放根據(jù)生理節(jié)律加速或減速。
總結(jié)
水凝膠生物電子貼片的設(shè)計(jì)包含了低功耗、無(wú)線通信和電壓調(diào)節(jié)的柔性無(wú)線電路，并與具有穩(wěn)定的機(jī)械性能、高生物相容性的水凝膠集成，從而響應(yīng)電刺激并實(shí)現(xiàn)藥物的可控釋放和重復(fù)補(bǔ)充。本研究的結(jié)果證實(shí)了一個(gè)很有前途的方向，即將傳統(tǒng)藥物與可編程電刺激相結(jié)合，用于傷口或潛在的其他條件的管理。未來(lái)可能的發(fā)展方向是集成數(shù)字生理傳感器，如實(shí)時(shí)的血糖監(jiān)測(cè)并讀出數(shù)據(jù)，與水凝膠生物電子學(xué)形成閉環(huán)響應(yīng)電壓控制算法，以進(jìn)一步增強(qiáng)糖尿病相關(guān)治療。
圖1：水凝膠生物電子貼片的設(shè)計(jì)和功能驗(yàn)證
圖2. 水凝膠生物電子貼片的應(yīng)用實(shí)例
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202407820
