Революционный умный бинт мониторит раны и доставляет целевую терапию для быстрего заживления

• Умный бинт может мониторить состояние хронических ран и доставлять соответствующие препараты.
• В нем датчики pH, температуры и кислорода, изготовленные на пергаментной бумаге.
• Все компоненты выбраны для снижения стоимости.

Хронические незаживающие раны, такие как пролежни и диабетические стопы, затрагивают более 6,5 миллионов американцев ежегодно. Согласно исследованию, их лечение стоит более 25 миллиардов долларов в год, и эта сумма растет каждый год из-за растущего уровня диабета и ожирения в стареющем населении.

Существующие методы лечения носят общий характер, трудоемки и довольно дороги. Чаще всего они полагаются на типичную очистку, кислородную терапию, некрэктомию (удаление поврежденных тканей) или системное введение антибиотиков. Перевязочные материалы, доступные в больницах и клиниках — гидроколлоиды, пены, гидрогели, альгинаты и другие — не очень эффективны.

Поэтому исследователи Тافتс университета создали умный бинт для регулярного мониторинга состояния хронических ран и доставки подходящих препаратов для увеличения шансов на заживление. Прототип направлен на трансформацию конвенционального, пассивного перевязывания в эффективную парадигму для решения сложных медицинских проблем.

Компоненты умного бинта

Для помощи естественному процессу заживления команда разработала бинт с нагревательными элементами и термоотзывчивыми носителями препаратов, которые могут передавать подходящие лекарства в ответ на встроенные датчики температуры и pH, мониторящие инфекцию и воспаление.

Умный бинт с микропроцессором (слева) и модулем покрытия раны (справа) | Credit: Mike Silver/Tufts University

В отличие от обычных бинтов, умный бинт интегрирует сенсоры (кислород, pH, воспалительные медиаторы), доставку препаратов (антибиотики, кислород, стволовые клетки) и электронный интеллект для значительного улучшения процесса заживления за счет мониторинга индивидуальных ответов и возможности подходящих изменений терапии. Все это делается с ограниченным вмешательством со стороны опекуна или пациента.

Как это работает?

Одним из ключевых параметров для отслеживания прогресса хронической раны является уровень pH. Обычно заживающие раны имеют значение pH между 5.5 и 6.5, но для незаживающих ран значение поднимается выше 6.5. Другой ключевой параметр — температура, дающая уровень воспаления рядом с раной.

Умный бинт имеет наномасштабное серебро (используется как антисептик), датчики pH, температуры и кислорода, изготовленные на пергаментной (гидрофобной) бумаге. Модуль доставки кислорода полагается на каталитическое преобразование перекиси водорода над областями, осажденными наночастицами диоксида марганца.

Пластырь генерации и сенсирования кислорода | Courtesy of researchers

Гидрофобная бумага биокомпатибельна и подходит для перевязки ран. Она может предотвратить контакт перекиси водорода с инфицированной областью и позволить кислороду диффундировать к основанию раны.

Ссылка: NextFlex | Тafts University

Все компоненты умного бинта выбраны для снижения его стоимости. Также они сделали все компоненты одноразовыми, кроме микропроцессора, который можно переиспользовать.

Тестирование и применения

У этого типа умных бинтов есть множество возможностей: их можно оснастить другими сенсорными модулями, препаратами и факторами роста для лечения разных условий в ответ на множественные маркеры заживления.

Прототип успешно протестирован в vitro условиях (контролируемая среда вне живого организма). Команда сейчас проводит клинические исследования в vivo условиях (живые организмы) для определения его преимуществ над обычными бинтами.

Читайте: Новый «молекулярный клей» может эффективно доставлять лекарства к раковым клеткам

Они могут столкнуться со следующими вызовами при этом:

1. Печать необходимых гетерогенных материалов на пергаментной бумаге под повторяющимися циклами изгиба.
2. Интеграция гибких микрогидравлических каналов доставки.
3. Подходящая инкапсуляция электрических модулей.