دانشمندان دانشگاه نورث وسترن اولین بانداژ الکترونیکی کوچک، انعطاف پذیر و قابل کشش در نوع خود ساخته اند که با انجام مستقیم الکتروتراپی روی آسیب، روند بهبودی را تسریع می کند.
به گزارش تکناک، در آزمایشی بر روی حیوانات، بانداژ الکترونیکی ابداعی در موش‌ها 30 درصد سریع‌تر زخم‌های دیابتی را در مقایسه با آن‌هایی که بانداژ نداشتند، بهبود داد.
علاوه بر این، باند به طور مداوم روند بهبودی را پایش می کند و زمانی که دیگر مورد نیاز نیست، به طور کامل، از جمله الکترودهای آن، در بدن حل می شود. این اختراع جدید می تواند خبر بسیار خوبی برای افراد مبتلا به دیابت باشد که زخم های آنها ممکن است منجر به عواقب جدی مانند قطع عضو یا مرگ شود.
این تحقیق در مجله Science Advances منتشر شده است. این اولین باند قابل جذب زیستی است که قادر به ارائه الکتروتراپی و اولین نمونه از یک سیستم احیاء کننده هوشمند است.
گیلرمو عامر از نورث وسترن، که سرپرستی این مطالعه را بر عهده داشت، گفت: وقتی فردی دچار زخم می‌شود، هدف همیشه بهبودی آن زخم در سریع‌ترین زمان ممکن است. در غیر این صورت، زخم باز مستعد عفونت است. و برای افراد مبتلا به دیابت، درمان عفونت ها حتی سخت تر و خطرناک تر است.
برای این بیماران، راه حل های مقرون به صرفه ای برای پاسخ به نیاز های اساسی آنها وجود دارد که واقعاً برای آنها مفید است. بانداژ الکترونیکی جدید ما مقرون به صرفه، سازگار، راحت و کارآمد در بستن زخم ها برای جلوگیری از عفونت و عوارض بیشتر است.
جان راجرز از دانشگاه نورث وسترن و همکار این پژوهش می گوید: اگرچه این یک دستگاه الکترونیکی است، اجزای فعالی که با بستر زخم ارتباط دارند کاملاً قابل جذب هستند. به این ترتیب، پس از تکمیل فرآیند بهبود، مواد به‌طور طبیعی ناپدید می‌شوند و در نتیجه از هرگونه آسیبی به بافت که در اثر بیرون آورد فیزیکی بانداژ الکترونیکی ممکن است ایجاد شود، جلوگیری می‌شود.
قدرت الکتریسیته
نزدیک به 30 میلیون نفر در ایالات متحده آمریکا به دیابت مبتلا هستند و حدود 15 تا 25 درصد از این جمعیت در مقطعی از زندگی خود به زخم پای دیابتی مبتلا می شوند. از آنجایی که دیابت می‌تواند باعث آسیب عصبی شود که منجر به بی‌حسی می‌شود، افراد مبتلا به دیابت ممکن است یک تاول ساده یا خراش کوچک را تجربه کنند که نادیده گرفته می شود و بدون درمان باقی می‌ماند. از آنجایی که سطوح بالای گلوکز نیز دیواره های مویرگی را ضخیم می کند، گردش خون کند می شود و بهبود این زخم ها را دشوارتر می کند. بنابراین یک آسیب کوچک به یک زخم خطرناک تبدیل می شود.
محققان کنجکاو بودند که ببینند آیا درمان با تحریک الکتریکی می تواند به بستن این زخم های سرسخت کمک کند. به گفته عامر که یک متخصص در مهندسی احیا و استاد مهندسی زیست پزشکی در دانشگاه نورث وسترن است: صدمات می تواند سیگنال های الکتریکی طبیعی بدن را مختل کند. با اعمال تحریک الکتریکی، سیگنال های طبیعی بدن بازیابی می شود و سلول های جدید برای مهاجرت به بستر زخم جذب می شوند.
عامر ادامه می دهد: بدن ما برای عملکرد به سیگنال های الکتریکی متکی است. ما سعی کردیم یک محیط الکتریکی عادی تر را در سراسر زخم بازیابی یا ارتقا دهیم. ما مشاهده کردیم که سلول ها به سرعت به داخل زخم مهاجرت کرده و بافت پوست را در آن ناحیه بازسازی کردند. بافت پوست جدید شامل رگ‌های خونی جدید بود و التهاب فروکش کرد.
از لحاظ تاریخی، پزشکان از الکتروتراپی برای بهبودی استفاده می کردند. اما بیشتر این تجهیزات شامل دستگاه های سیمی و حجیم است که فقط تحت نظارت در یک بیمارستان قابل استفاده هستند. برای طراحی یک محصول راحت‌تر که می‌توان آن را در تمام ساعات شبانه‌روز در خانه استفاده کنید، عامر با راجرز، پیشگام بیوالکترونیک که اولین بار مفهوم پزشکی الکترونیکی قابل جذب زیستی را در سال 2018 معرفی کرد، همکاری کرد.
کنترل از راه دور
دو محقق و تیم آنها در نهایت یک باند کوچک و انعطاف پذیر ساختند که به آرامی محل آسیب را پوشش می دهد. یک طرف بانداژ الکترونیکی هوشمند شامل دو الکترود است: یک الکترود کوچک به شکل گل که درست در بالای بستر زخم قرار می گیرد و یک الکترود حلقه ای شکل که روی بافت سالم قرار می گیرد تا کل زخم را احاطه کند. طرف دیگر دستگاه شامل یک سیم‌پیچ جمع‌آوری انرژی برای تغذیه سیستم و یک سیستم ارتباط میدان نزدیک (NFC) برای انتقال بی‌سیم و سریع داده‌ها است.
این سیستم همچنین دارای حسگرهایی بود که می‌توانند میزان بهبود زخم را ارزیابی کنند. با اندازه گیری مقاومت جریان الکتریکی در سراسر زخم، پزشکان می توانند پیشرفت را کنترل کنند. کاهش تدریجی اندازه جریان مستقیماً به فرآیند بهبودی مربوط می‌شود. بنابراین، اگر جریان بالا بماند، پزشکان می دانند که چیزی اشتباه است.
با ایجاد این قابلیت ها، دستگاه می تواند از راه دور و بدون سیم کار کند. از دور، یک پزشک می تواند تصمیم بگیرد که چه زمانی تحریک الکتریکی را اعمال کند و می تواند پیشرفت بهبود زخم را زیر نظر بگیرد.
عامر گفت: زمانی که زخم در حال بهبودی است، محیط مرطوبی ایجاد می شود. سپس با بهبودی، باید خشک شود. رطوبت جریان را تغییر می دهد، بنابراین ما می توانیم آن را با ردیابی مقاومت الکتریکی در زخم تشخیص دهیم. سپس، می توانیم آن اطلاعات را جمع آوری کرده و به صورت بی سیم انتقال دهیم. با مدیریت مراقبت از زخم، ما در حالت ایده آل می خواهیم که زخم ظرف یک ماه بسته شود. اگر بیشتر طول بکشد، این تاخیر می‌تواند نگرانی‌هایی را ایجاد کند.
در یک مطالعه مدل حیوانی کوچک، محققان تنها 30 دقیقه در روز از تحریک الکتریکی استفاده کردند. حتی همین مدت زمان کوتاه، بسته شدن زخم را 30 درصد تسریع کرد.
ناپدید شدن بانداژ الکترونیکی
هنگامی که زخم بهبود می یابد، الکترود گل شکل بانداژ الکترونیکی به سادگی در بدن حل می شود و نیاز به بازیابی آن را رفع می کند. این تیم الکترودها را از فلزی به نام مولیبدن ساختند که به طور گسترده در کاربردهای الکترونیکی و نیمه هادی استفاده می شود. آنها کشف کردند که وقتی مولیبدن به اندازه کافی نازک باشد، می تواند تجزیه زیستی شود. علاوه بر این، در روند درمان اختلال ایجاد نمی کند.
عامر گفت: ما اولین کسی هستیم که نشان دادیم مولیبدن می تواند به عنوان یک الکترود زیست تخریب پذیر برای التیام زخم استفاده شود. بعد از حدود شش ماه، بیشتر الکترودها از بین رفتند و ما متوجه شدیم که تجمع بسیار کمی از مولیبدن در اندام ها وجود دارد. هیچ چیز غیر عادی نیست. اما مقدار فلزی که ما برای ساختن این الکترودها استفاده می‌کنیم بسیار کم است و ما انتظار نداریم که باعث ایجاد مشکلات اساسی شود.
در مرحله بعد، تیم قصد دارد باند خود را برای زخم دیابتی در یک مدل حیوانی بزرگتر آزمایش کند. سپس، آنها قصد دارند آن را روی انسان آزمایش کنند. از آنجایی که بانداژ الکترونیکی از قدرت بهبودی زخم بدون رهاسازی داروها یا سایر عوامل بیولوژیک استفاده می کند، با موانع نظارتی کمتری مواجه می شود. این بدان معنی است که بیماران به طور بالقوه می توانند آن را خیلی زودتر در بازار ببینند.
