由于肠道独特的结构且微环境复杂，其伤口愈合是一项具有挑战性的医学问题。传统的缝合手术易导致恢复时间长和多种术后并发症，如肠道增生、梗阻等。电刺激已被用于促进浅表组织和器官的愈合，但一些技术挑战阻碍了其潜在的临床应用。如，需要一个可植入的可控电源来提供按需电刺激，随后自降解在生物体内，无需二次手术摘除，这仍然是一个挑战。
近日，北京航空航天大学生物与医学工程学院常凌乾、王柳、宾夕法尼亚州立大学余存江报道了一种柔性、可生物降解、自供电电子绷带，能够提供双模式电刺激，协同加速和改善肠道伤口愈合，并显著减少了术后并发症。相关成果以“Accelerated intestinal wound healing via dual electrostimulation from a soft and biodegradable electronic bandage”为题，发表在Nature Electronics上。论文第一作者包括吴晗博士生，王玉琼博士，李虎博士，胡永艳博士。
研究者们开发了一种自供电的电子绷带，它由柔性和可生物降解的材料制成，可以加速肠道伤口愈合。该装置采用双电刺激促进伤口愈合：脉冲电刺激诱导上皮细胞电转染，促进愈合因子（如上皮生长因子）的表达；直流电刺激可以增强转染细胞的愈合因子的分泌。该电子绷带在体外对肠上皮细胞具有较高的转染效率和细胞活力，从而在术中促进上皮生长因子的表达。镁钼微电极产生的自供电原电池促进了愈合因子的胞外分泌。待伤口愈合后，该电子绷带可自降解在生物体内，无需二次手术取出（图1）。
图1. 全植入式、可生物降解、自供电双电刺激电子绷带促进肠道创面愈合。
为了评估电子绷带在体内肠道伤口愈合的能力，研究者们建立了一个肠损伤小鼠模型。首先在术中执行脉冲电刺激，将目标递送到上皮细胞中，然后在14天内进行监测，在此期间将自供电直流电刺激作用于切口周围的局部组织（图2）。对于行使脉冲电转染效率达到了~30%。Mg/Mo原电池在体内输出持续三天的直流电场以满足细胞保持对外分泌的能力。电子绷带最终安全溶解在生物体内（图2）。
图2. 电子绷带在体内用于肠道伤口的靶向基因电转染和电刺激。
最终，电子绷带增强局部细胞外环境中生长因子的生成，从而促进肠组织各层的增殖，包括上皮组织和肌肉组织。与传统的可吸收缝合线相比，电子绷带还减少了术后增生和阻塞的结果，并且小鼠更有效地恢复了体重。通过增加益生菌数量来促进组织愈合，同时改善肠道健康（图3）。
图3. 电子绷带治疗后小肠愈合的组织学和功能评价分析。
研究者设计的这种柔性可生物降解的自供电电子绷带，使用双电刺激策略为加速伤口愈合提供了一条有希望的途径。虽然这里展示的是肠道，但类似的可生物降解电子绷带可以用于促进其他器官和组织的伤口愈合，包括神经系统、皮肤和肌肉。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41928-024-01138-8