Искусственная кожа, которая может регенерировать и одновременно передавать ощущения

Характеристики электродов WPPFM и нейронного интерфейса.Кредит: Природная связь (2024).Doi: 10.1038/s41467-023-44064-7

Повреждение нервной ткани из-за дефектов кожи, таких как ожоги, кожные заболевания и травма, вызывает потерю сенсорных и когнитивных функций, которые необходимы для жизнеобеспечения, а также психического и физического дистресса.Если повреждение достаточно серьезное, чтобы естественное заживление было невозможно, для имплантации искусственной кожи необходимо хирургическое лечение, но искусственная кожа, разработанная на сегодняшний день, была сосредоточена на регенерации кожи, обеспечивая структуру и среду, аналогичную ткани кожи, ноне восстановил ощущение пациентам.

Исследовательская группа во главе с доктором Янгми Юнгом из Центра биоматериалов и доктором Хюунджунг Йи из Института полупроводников после силикона, в сотрудничестве с профессором Ки Джун Университет Йонс.Разработал человеческую имплантацию тактильной умной бионической искусственной кожи.Работа опубликована в журнале Nature Communications.

В отличие от традиционной искусственной кожи, которая фокусируется на регенерации кожи, умная бионическая искусственная кожа может восстановить даже постоянно поврежденные тактильные ощущения, объединяя биосовместимые материалы и систему доставки тактильной функции, реализованную с помощью электронных устройств.

Искусственная кожа, разработанная командой, представляет собой гидрогель, состоящий из коллагена и фибрина, основных компонентов кожи, которые могут обнаружить даже небольшие изменения давления, вставив тактильные датчики на основе трещин.

Измененные изменения давления преобразуются в электрические сигналы через цепь беспроводной частоты модуляции давления (WPPFM), которая затем передается в нервы с помощью электродов тактильного нерва, позволяя устройству выполнять те же тактильные функции, что и кожа.

Исследователи также обнаружили, что коллаген и фибрин, которые ответственны за эластичность и связь с тканями, вызывают пролиферацию и дифференцировку клеток кожи вокруг раны, чтобы способствовать регенерации кожи.

Умная бионическая искусственная кожа была имплантирована на крыс с тяжелым повреждением кожи, чтобы проверить ее эффективность в стимулировании регенерации кожи и восстановлении тактильной функции, и она показала эффект заживления ран более 120% по сравнению с контрольной группой через 14 дней после имплантации.Кроме того, он обнаружил внешние изменения в диапазоне давления от 10 до 40 кПа, что аналогично диапазону давления, ощутимому кончиками человеческих пальцев, и соответственно отрегулировал электрические сигналы, чтобы изменить реакцию крысы.

В частности, искусственная кожа, разработанная исследователями, эффективна для сенсорной передачи и регенерации кожи, поскольку она имплантируется непосредственно в нервы вдоль подкожного жирового слоя поврежденной кожи.

После регенерации кожи у пациентов с повреждением нерва тактильные датчики могут работать в подкожном слое, значительно улучшая независимость в повседневной жизни.Даже в случае пожилых людей с дегенерированными сенсорными функциями ожидается, что дегенерированные сенсорные функции могут быть восстановлены путем непосредственной вставки тактильных электронных устройств, изготовленных с технологией интеграции высокой плотности в подкожный слой.

«Это исследование является результатом исследований конвергенции устройств, материалов и регенеративной медицины, которые эффективно сочетают в себе биоматериалы и технологии электронных устройств», - сказал доктор Янгми Юнг из Кореиского института науки и технологий.

«Мы планируем провести дополнительные клинические испытания в сотрудничестве с медицинскими учреждениями и компаниями для коммерциализации, а также планируем расширить наши исследования для реконструкции различных функций кожной ткани, таких как температура, вибрация и боль».

Больше информации: Kyowon Kang et al., Бионическая искусственная кожа с полностью имплантируемой беспроводной тактильной сенсорной системой для заживления ран и восстановления тактильной функции кожи, природной связи (2024).Doi: 10.1038/s41467-023-44064-7