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中山大學(xué)蔣樂(lè)倫、易長(zhǎng)青/以色列理工Hossam Haick《AFM》：智能多功能水凝膠進(jìn)一步提高個(gè)性化糖尿病傷口診療
2024-03-05  來(lái)源：高分子科技

  無(wú)法愈合的慢性傷口對(duì)公共衛(wèi)生構(gòu)成重大挑戰(zhàn)，特別是在糖尿病的情況下。受高血糖的影響，糖尿病患者傷口愈合受損、炎癥延長(zhǎng)、上皮動(dòng)力學(xué)降低，很大程度上會(huì)導(dǎo)致慢性創(chuàng)傷的產(chǎn)生，嚴(yán)重者將引發(fā)截肢甚至是死亡的發(fā)生。傷口愈合是一個(gè)動(dòng)態(tài)且復(fù)雜的過(guò)程，特異性實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傷口，及時(shí)診斷，并調(diào)整治療方案，以滿足糖尿病慢性傷口患者的復(fù)雜需求，仍然是慢性傷口監(jiān)護(hù)領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)。盡管目前已存在許多關(guān)于刺激響應(yīng)型多功能聚合物材料的傷口貼片研究，但此類貼片仍存在無(wú)法提供傷口愈合的實(shí)時(shí)信息，易受環(huán)境干擾，釋藥量不準(zhǔn)確等問(wèn)題，阻礙了傷口的個(gè)性化精準(zhǔn)有效的治療。



  中山大學(xué)蔣樂(lè)倫/易長(zhǎng)青教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合以色列理工學(xué)院Hossam Haick提出了一種新的基于聚合物水凝膠的糖尿病傷口多功能診療貼片，旨在解決傷口實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和按需治療的關(guān)鍵需求，促進(jìn)糖尿病患者慢性非愈合傷口的最佳愈合。該貼片采用了多功能和電響應(yīng)的聚合物材料，利用智能水凝膠和可穿戴生物電子設(shè)備的交叉結(jié)合來(lái)促進(jìn)糖尿病傷口按需管理。智能多功能水凝膠（MFCPH）是這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)的核心，具有高載藥率、導(dǎo)電性和抗菌能力等特性，為傷口愈合創(chuàng)造了有利的環(huán)境，通過(guò)電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)可連續(xù)監(jiān)測(cè)傷口部位葡萄糖和pH值水平，并根據(jù)傷口狀況通過(guò)離子導(dǎo)入和電刺激提供個(gè)性化精準(zhǔn)治療。這項(xiàng)工作結(jié)合了智能多功能聚合物材料和電控治療方法，為慢性傷口管理的創(chuàng)新方法提供了新思路。 針對(duì)糖尿病創(chuàng)面的閉環(huán)給藥，研制了一種無(wú)線傷口診療管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由定制的智能手機(jī)App、可穿戴電子設(shè)備和診療貼片組成(圖1)。這種創(chuàng)新的傷口治療系統(tǒng)的一個(gè)吸引人的特點(diǎn)在于智能多功能水凝膠（MFCPH）與可穿戴生物電子設(shè)備的集成。開(kāi)發(fā)了一種雙電化學(xué)生物傳感平臺(tái)，用于實(shí)時(shí)和同時(shí)檢測(cè)傷口pH和葡萄糖水平。裝載胰島素的MFCPH與一對(duì)離子電泳電極結(jié)合，根據(jù)傷口部位pH和葡萄糖水平，用于電控按需胰島素給藥以及施加電刺激。 


圖1. 一種用于糖尿病傷口處理的無(wú)線診療系統(tǒng)。


  集成的診療貼片包括柔性電極陣列層、防滲環(huán)和載藥MFCPH。柔性電極陣列層可對(duì)pH,葡萄糖濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。pH傳感電極在3-9的pH值范圍內(nèi)表現(xiàn)出了階躍電壓響應(yīng)，pH的靈敏度為-61.7 mV/pH，線性良好，具有可逆pH值的檢測(cè)能力及特異性。葡萄糖傳感器對(duì)葡萄糖具有良好的響應(yīng)，動(dòng)態(tài)線性范圍為0-14 mM，靈敏度為0.48 μA/mM，同樣也具備良好的檢測(cè)特異性。MFCPH是通過(guò)在聚丙烯酰胺水凝膠網(wǎng)絡(luò)中引入導(dǎo)電聚合物PDA-PPy納米原纖維來(lái)開(kāi)發(fā)的。這些親水性納米纖維，由納米顆粒原位形成，與水凝膠基質(zhì)結(jié)合形成納米網(wǎng)，允許更均勻的電刺激，藥物傳遞和可見(jiàn)光通過(guò)。 


圖2. 診療貼片的制備及表征。


  載藥MFCPH具備傷口可視化的能力，高劑量載藥能力（85.8±3.6%），良好的導(dǎo)電性（電導(dǎo)率1.6 S/m），電控釋藥能力，長(zhǎng)期使用的無(wú)毒性，廣譜抗菌性能。糖尿病大鼠在體閉環(huán)傷口管理實(shí)驗(yàn)表明，診療貼片可以對(duì)傷口部位的葡萄糖濃度水平進(jìn)行8小時(shí)的連續(xù)監(jiān)測(cè)，與商業(yè)化的血糖儀檢測(cè)的數(shù)據(jù)高度一致。同時(shí)，當(dāng)傷口部位葡萄糖濃度過(guò)高時(shí)，診療貼片可以通過(guò)離子導(dǎo)入對(duì)MFCPH的胰島素進(jìn)行按需電控釋放，將葡萄糖濃度降低至正常水平。此外，使用該診療貼片進(jìn)行傷口管理的糖尿病大鼠的傷口愈合速度最快 (10 天內(nèi)愈合率達(dá)93.8%)，愈合效果最佳，明顯優(yōu)于其他組。因此，該系統(tǒng)提供了一種精確有效的方法來(lái)加速糖尿病傷口的愈合，同時(shí)抑制細(xì)菌感染，從而實(shí)現(xiàn)智能傷口管理。 


圖3. 電控給藥模塊的體外表征。


  該工作以“Polymer Hydrogel-Based Multifunctional Theranostics for Managing Diabetic Wounds” 為題近期發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上(doi:10.1002/adfm.202315564)。中山大學(xué)深圳校區(qū)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院碩士生龔霞，博士生鄭穎和南華大學(xué)電氣工程學(xué)院楊健副教授為論文的共同第一作者，蔣樂(lè)倫教授，易長(zhǎng)青教授，以色列理工學(xué)院的Hossam Haick教授為論文的共同通訊作者。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202315564

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