Беспроводная "умная" повязка, способствующая восстановлению тканей

Ученые из Стэндфордского университета разработали беспроводной "умный" бандаж, который доказал свою перспективность как средство ускорения восстановления тканей путем мониторинга заживления раны и одновременного ее лечения.

Исследователи заявили, что их технология способствует более быстрому закрытию ран, увеличивает приток крови к поврежденным тканям и улучшает восстановление кожи, значительно уменьшая образование рубцов. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Biotechnology.

"Умная" повязка включает в себя беспроводную схему, которая использует датчики импеданса/температуры для мониторинга процесса заживления раны. Если рана хуже заживает или обнаруживается инфекция, датчики сообщают центральному процессору о необходимости применить более сильную электрическую стимуляцию к ране, чтобы ускорить закрытие тканей и уменьшить инфекцию. При этом медики могут в режиме реального времени отслеживать данные датчиков по беспроводной связи на смартфоне.

Толщина слоя электроники, включающего микроконтроллерный блок, антенну, память, электростимулятор, биосенсоры и другие компоненты, составляет всего 100 микрон. Микросхемы помещаются поверх специально разработанного гидрогеля, который обеспечивает возможность лечебной электростимуляции поврежденных тканей и сбора данных биосенсоров в режиме реального времени. Причем система разработана таким образом, чтобы надежно прилипать к раневой поверхности, когда это необходимо, и аккуратно отходить без вреда для раны при нагревании всего на несколько градусов выше температуры тела.

Устройство использует электрическую стимуляцию, которая, согласно данным ранних исследований, ускоряет миграцию кератиноцитов к месту раны, ограничивает бактериальные инфекции и предотвращает развитие биопленок на раневых поверхностях. Кроме этого, она активно способствует росту тканей и помогает их восстановлению. Ученые смогли использовать эту технологию и интегрировать ее с данными биосенсоров в режиме реального времени, чтобы создать новую автоматизированную методику лечения с использованием сенсоров.

"Умная" повязка ощущает изменения проводимости и температуры кожи по мере заживления раны, поскольку электрический импеданс увеличивается по мере заживления раны, а местная температура снижается с уменьшением воспаления.

Разработчики технологии считают, что электростимуляция способствует активации прорегенеративных генов, таких как Selenop — это противовоспалительный ген, который, как было установлено, помогает очищению организма от патогенов и восстановлению ран. А также гена Apoe, который способствует росту мышц и мягких тканей. Аналогично, электрическая стимуляция увеличила количество лейкоцитов, а именно моноцитов и макрофагов, за счет привлечения большего количества противовоспалительных макрофагов M2, которые способствуют регенерации и играют ключевую роль в формировании внеклеточного матрикса, необходимого во время пролиферативных фаз заживления ран.

В настоящее время "умная" повязка является только прототипом и доказательством концепции. В дальнейшем ученым надо решить некоторые задачи, связанные с необходимостью увеличения размеров устройства, снижением его стоимости и созданием возможности долгосрочного хранения данных.