Der Caltech-Professor für medizinische Technik Wei Gao und seine Kollegen stellen sich einen intelligenten Verband der Zukunft vor-ein „Labor auf Haut“, das Patienten und Betreuern nicht nur helfen könnte, den Status chronischer Wunden zu überwachen, sondern auch die Behandlung zu beschleunigen und den Heilungsprozess für diese Schnitte, Schnitte und Verbrennungen zu beschleunigen, die sich nur langsam für ihre eigenen Heilungen heilen.
Im Jahr 2023 löste das Team von GAO die erste Hürde für das Erreichen dieses Ziels, indem er zeigt, dass ein intelligentes Verband, das von ihnen entwickelt wurde, Echtzeitdaten über chronische Wunden in Tiermodellen liefern und gleichzeitig den Heilungsprozess durch die rechtzeitige Anwendung von Medikamenten oder elektrischen Feldern beschleunigen und das Gewebewachstum stimulieren können.
Jetzt haben Gao und seine Kollegen von Caltech und der Keck School of Medicine von USC eine weitere Hürde beseitigt, indem sie demonstriert haben, dass eine verbesserte Version ihres Verbands, die sie ICARES nennen, kontinuierlich Flüssigkeit probieren konnten, die der Körper als Teil der entzündlichen Reaktion an Wundstellen sendet. Diese Wunden konnten weder wegen Diabetes noch aufgrund von Diabetes oder einer schlechten Blutkreislauf heilen; Die Forscher untersuchten auch zusätzliche Patienten vor und nach der Operation.
Der intelligente Bandage, ausgestattet mit drei verschiedenen mikrofluidischen Komponenten-Miniatur-Modulen, die den Flüssigkeitsfluss überschüssige Feuchtigkeit aus Wunden kanalisieren und auf andere Weise steuern und gleichzeitig Echtzeitdaten über vorhandene Biomarker bereitstellen.
„Unsere innovative Mikrofluidik entfernen Feuchtigkeit aus der Wunde, was bei der Heilung hilft. Sie stellen auch sicher, dass die vom Bandage analysierten Proben frisch sind, keine Mischung aus alter und neuer Flüssigkeit. Um genaue Messungen zu erhalten, müssen wir nur die neueste Flüssigkeit an einer Wundstelle probieren“, sagt Gao, der auch ein Ermittlungsanfall für medizinische Forschungseinrichtungen ist. „Auf diese Weise können ICARES in Echtzeit auf wichtige Biomarker für Entzündung und Infektion beobachten.“
In einer neuen Zeitung in der Zeitschrift Science Translational MedicineGao und seine Kollegen zeigen, dass der intelligente Verband Moleküle wie Stickoxid, einen Indikator für Entzündungen, nachweisen kann. und Wasserstoffperoxid, ein Biomarker für Infektionen; Potenziell ein bis drei Tage vor den Patienten haben Symptome.
In einem weiteren Fortschritt hat das Team einen Algorithmus für maschinelles Lernen entwickelt, mit dem die Wunden der Patienten erfolgreich klassifiziert und die Heilungszeit mit einer Genauigkeit vorhersagen kann, die mit dem eines Expertenklinikers vergleichbar ist.
Der Verband besteht aus einem flexiblen, biokompatiblen Polymerstreifen, der zu niedrigen Kosten 3D gedruckt werden kann. Es integriert das nanoengineierte Biomarker-Sensor-Array, das für Hygiene- und Einzelnutzungsanwendungen verfügbar ist. Das System enthält außerdem eine wiederverwendbare gedruckte Leiterplatte, die die Signalverarbeitung und die drahtlose Datenübertragung auf eine Benutzeroberfläche wie ein Smartphone übernimmt. Die Triade von mikrofluidischen Modulen innerhalb von ICARES umfasst eine Membran, die die Wundeflüssigkeit von der Wundeoberfläche saugt, eine bioinspirierte Komponente, die das Fluid über das Gerät über das Gerät auf ein Sensorarray analysiert wird, und ein Mikropillärmodul, das das Sampled Fluid nach außen nach außen nach außen nach außen befördert.
Die Co-Lead-Autoren des Papiers, „ein mikrofluidisches tragbares Gerät für das Management und die Analyse von Wunden in menschlichen chronischen Wunden“, sind Caltech-Doktoranden Canran Wang und Kexin-Fan. Weitere Autoren von Caltech sind Jose A. Lasalde-Ramirez, Wenzheng Heng, Jihong Min (PhD ’24), Samuel A. Solomon, Jiahong Li, Hong Han, Gwangmook Kim, Sojoung Shin und Alex Seder; Die ehemaligen Doktoranden Minqiang Wang und Ehsan Shirzaei Sani, die derzeit an der University of Central Florida sind, sind Autoren, die während der Caltech beigetragen haben. Autoren der Keck School of Medicine von USC sind Chia-Ding Shih (auch von Casa Colina Hospital und Centers for Healthcare in Pomona, Kalifornien) und David Armstrong. Die Arbeiten wurden durch Zuschüsse der National Institutes of Health, der National Science Foundation, der American Cancer Society, des Armeeforschungsbüros, der US Army Medical Research Acquisition Activity und des Heritage Medical Research Institute unterstützt. Das Kavli Nanoscience Institute von Caltech lieferte für diese Arbeit kritische Unterstützung und Infrastruktur.
Quellen:
Wang, C., et al. (2025) A microfluidic wearable device for wound exudate management and analysis in human chronic wounds. Science Translational Medicine. doi.org/10.1126/scitranslmed.adt0882.
