近日，一篇發(fā)表在國際雜志Nature上題為“Injectable tissue prosthesis for instantaneous closed-loop rehabilitation”的研究報(bào)告中，來自韓國成均館大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過研究在生物材料技術(shù)和康復(fù)醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，他們開發(fā)出了一種新方法，其能通過采用導(dǎo)電水凝膠形式的“可注射組織假體”與機(jī)器人輔助的康復(fù)協(xié)同結(jié)合，從而來愈合機(jī)體的肌肉損傷。
讓我們想象一下你正在海里游泳，一條巨大的鯊魚逐漸靠近并從你的大腿上咬下一塊肉，從而導(dǎo)致腿上的運(yùn)動(dòng)/感覺功能完全喪失，如果不及時(shí)治療的話，這種嚴(yán)重的肌肉損傷將會(huì)導(dǎo)致永久性的功能喪失和殘疾，那么如何才能從這種損傷中恢復(fù)過來呢？針對這類肌肉損傷的傳統(tǒng)康復(fù)方法一直在尋找一種高效的閉環(huán)步態(tài)康復(fù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能將輕量級(jí)外骨骼和可穿戴/植入式的設(shè)備結(jié)合在一起，這種輔助假肢系統(tǒng)對于幫助患者通過恢復(fù)與神經(jīng)和肌肉損傷相關(guān)的感覺和運(yùn)動(dòng)功能非常必要。但不幸的是，當(dāng)前電子材料的機(jī)械性能和剛性促使其無法與軟組織相容，這就會(huì)導(dǎo)致摩擦和潛在的炎癥，從而就會(huì)拖延患者的康復(fù)。
為了克服這些限制，研究人員開始轉(zhuǎn)向研究一種被稱為透明質(zhì)酸（hyaluronic acid）的材料，這種材料通常能被用作平滑皺紋的填充劑；利用這種物質(zhì)，研究人員就開發(fā)出了一種可注射的水凝膠來用作“組織假體”（tissue prostheses），其能在肌肉/神經(jīng)組織再生時(shí)暫時(shí)填補(bǔ)缺失的間隙，這種材料的可注射性促使其要比傳統(tǒng)的生物電子設(shè)備具有顯著的優(yōu)勢，傳統(tǒng)的生物電子設(shè)備不適合狹窄、深度或小的區(qū)域，并且需要進(jìn)行侵入性的手術(shù)。由于具有高度的組織樣特性，這種水凝膠就能與生物組織無縫對接，且并不需要手術(shù)就能輕松地施用于難以觸及的身體部位。
科學(xué)家們開發(fā)出“可注射的組織假體” 有望為再生受損肌肉/神經(jīng)提供新途徑。
圖片來源：Nature (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06628-x
研究者表示，水凝膠內(nèi)的可逆和不可逆的交聯(lián)或能適應(yīng)注射過程中的高剪切應(yīng)力，從而就能確保優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性，這種水凝膠還含有金納米顆粒，從而就使其具有優(yōu)秀的電性能，其導(dǎo)電性就能允許在損傷組織的兩端之間傳輸電生理信號(hào)，此外，這種水凝膠是可生物降解的，這就意味著患者并不需要再次接受手術(shù)治療。研究者表示，這種材料具有類似于天然組織的機(jī)械性能、特殊的組織粘附性和可注射特性，從而就為患者的康復(fù)提供了一種新的方法。接下來，研究人員在嚙齒類動(dòng)物模型中測試了這種新的想法，為了模擬體積性肌肉損失損傷，他們從這些動(dòng)物的后腿上取下了一大塊肌肉組織。
通過注射水凝膠并植入兩種可拉伸的組織接口設(shè)備來用于電傳感和刺激，研究人員就能改善受傷嚙齒類動(dòng)物的步態(tài)，水凝膠假肢能與機(jī)器人輔助相結(jié)合，并由肌肉肌電圖信號(hào)所引導(dǎo)，當(dāng)將其結(jié)合在一起時(shí)，在沒有神經(jīng)刺激的情況下就能幫助提高動(dòng)物的步態(tài)特征，此外，當(dāng)長期使用導(dǎo)電水凝膠來填充肌肉損傷后，動(dòng)物模型機(jī)體的肌肉組織再生就能得到有效改善。這項(xiàng)研究中，研究人員所開發(fā)的可注射導(dǎo)電水凝膠具有良好的電生理信號(hào)記錄和刺激性能，同時(shí)也具有廣闊的應(yīng)用前景，其能為生物電子設(shè)備領(lǐng)域提供一種新的方法，并有望作為一種康復(fù)支持的軟組織假體。
研究者Shin Mikyung強(qiáng)調(diào)了這項(xiàng)研究的重要性，他表示，我們創(chuàng)造了一種可注射、機(jī)械堅(jiān)韌且導(dǎo)電的軟組織假體，其非常適合用于解決需要神經(jīng)肌肉骨骼康復(fù)的嚴(yán)重肌肉損傷，這種可注射水凝膠的開發(fā)李永樂一種全新的交聯(lián)方法，其是一項(xiàng)非常顯著的成就；研究人員相信其不僅適用于肌肉和周圍神經(jīng)組織，也適用于大腦和心臟等多種機(jī)體器官的損傷。研究者認(rèn)為，閉環(huán)步態(tài)康復(fù)系統(tǒng)需要堅(jiān)韌的可注射水凝膠和可拉伸且能自愈的傳感器，其能顯著增強(qiáng)神經(jīng)和肌肉骨骼損傷挑戰(zhàn)患者的康復(fù)前景，同時(shí)還能再人體多個(gè)器官的精確診斷和治療中發(fā)揮重要作用。
目前研究人員正在進(jìn)一步研究來開發(fā)能以微創(chuàng)方式植入的神經(jīng)和肌肉組織再生新材料，同時(shí)他們也在探索通過注射可導(dǎo)電水凝膠來修復(fù)多種組織損傷的潛力，從而就消除了進(jìn)行開放手術(shù)的需要。
原始出處：
Jin, S., Choi, H., Seong, D. et al. Injectable tissue prosthesis for instantaneous closed-loop rehabilitation. Nature 623, 58–65 (2023). doi：10.1038/s41586-023-06628-x
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