上海
撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
由于肠道的独特结构（例如弯曲的腔体）和复杂的微环境（包含肠道微生物、粪便和酶）， 肠道的伤口愈合成为一个具有挑战性的医学问题， 基于缝合的闭合手术是主要的方法，但这通常会导致恢复时间延长，并且不能完全恢复肠道功能， 还可能导致副作用（例如肠道增生、梗阻、渗漏和术后并发症） 。 外科手术缝合钉和加压吻合 环装置已被作为肠道伤口手术闭合的替代方法，但这些方法会造成比缝合更 多的组织损伤，并可能限制肠道运 动。
从根本上说，成功的肠道伤口愈合需要促进必须细胞（上皮细胞、平滑肌细胞和内皮细胞）的增殖。 因此，将可吸收缝线、组织密封剂和水凝胶等携带干细胞或愈合因子（例如上皮生长因子）的材料用于损伤部位时，可以加速愈合过程。 然而，这些材料无法调节细胞内的基因转录或翻译，因此无法直接有效地干预伤口愈合过程。
2024年3月29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等人在Nature子刊Nature Electronics上发表了题为：Accelerated intestinal wound healing via dual electrostimulation from a soft and biodegradable electronic bandage 的研究论文。
该研究报告了一种由柔性和可生物降解材料制成的自供电电子绷带（E-bandage）， 该设备采用双重电刺激 来 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 （例如上皮生长因子） 的表达；直流电刺激增强转染进 细胞的愈合因子的 分泌。从而加速肠道伤口的愈合，并显著减少术后并发症。
肠道伤口愈合是一个长期存在的问题，传统的缝合式肠道闭合手术通常会导致术后问题。因此，人们一直在寻找能够有效促进肠道伤口愈合的替代策略或设备。
电刺激已被用于促进细胞增殖和组织愈合，主要用于皮肤等浅表组织和器官，其加速肠道伤口愈合的疗效仍不清楚。 这是因为各种技术挑战阻碍了电刺激在植入式设备中的临床应用。 例如，电刺激通常需要一个可植入和可控的电源来提供按需电刺激，并在功能结束后无需手术摘除设备即可降解 。
在这项研究中，研究团队报道了一种基于双重电刺激的自供电电子绷带（E-bandage），能够加速肠道伤口愈合。 E-bandage采用柔性、生物相容和可降解的分层组件制成，包括聚己内酯（PCL）基质、一对镁（Mg）和钼（Mo）微电极以及携带DNA质粒的组织黏附水凝胶 。 电刺激可以通过两种机制激活和增强邻近上皮细胞的增殖。 首先，脉冲 电刺激诱导上皮细胞的电转染（ET），促进愈合因子的表达 。其次，直流电刺激（ES）增加转染细胞的愈合因子分泌 。
在体外实验中，E-band age对肠道上皮细胞表现出高转染效率（高达30%）和细胞活力，与无电刺激或单一电刺激的绷带相比，在术中提高了上皮生长因子（EGF）的表达。 此外，Mg/Mo微电极对与体液形 成一个原电池，产生自供电直流电场，促进EGF胞外释放 。
接下来，研究团队在活体小鼠模型上验证了E-bandage的功能。 将E-bandage整合到肠道伤口上，增强了局部细胞外环境中的上皮生长因子（EGF）生成，促进了包括上皮组织和肌肉组织在内的肠道组织各层的细胞增 殖。与使用常规可吸收缝线进行闭合相比，该研究开发的E-bandage还减少了术后增生和梗阻，并且小鼠更有效地恢复了体重。此外， E-bandage还通过促进肠道益生菌种群来促进组织愈合，同时改善肠道健康。
北京航空航天大学吴晗博士生、王玉琼博士，香港城市大学李虎博士，北京大学第一医院胡永艳博士为论文共同第一作者，，北京航空航天大学常凌乾、王柳、宾夕法尼亚州立大学余存江为论文共同通讯作者。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41928-024-01138-8
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