燒燙傷者的福音 S.M.A.R.T智慧繃帶

燒燙傷者的福音 S.M.A.R.T智慧繃帶

新型繃帶不僅可覆蓋傷口,傷口有狀況時還能提醒醫護人員,未來,還可以智慧投藥治療!

6年前,英國巴斯大學與美國哈佛醫學院不約而同開始研究智慧繃帶。一種可以偵測傷口的含氧量,讓醫生判斷是否需要拆下繃帶、做進一步治療的醫療創新敷料。這對於野戰醫院、容易受到感染的傷口,譬如嚴重燒燙傷,是非常重要的創新突破。


文/陳淑芬
繪圖/張紫玲

繃帶跟紗布是醫療上很常使用的東西,覆蓋於傷口避免感染,缺點是,醫療人員必須拆開繃帶,才能得知傷口癒合或惡化的情況。

未來繃帶的完美想像

5年前,英國巴斯大學釋出一支影片,介紹正在研究的智慧繃帶,並且與英國醫院的兒童燒燙傷中心合作,觀察其效能。

研究人員在繃帶上遍布許多奈米膠囊,當膠囊接觸到皮膚表面傷口的細菌所分泌出來的毒素時,膠囊就會破裂,所含的染料跟抗細菌的藥物就會釋放出來。一方面利用顏色讓醫療人員知道這區域可能有感染,一方面也同時抑制感染的發生。

其實,皮膚上有很多共生的細菌,有助於皮膚的功能,這種只針對有害細菌毒素反應的繃帶,或許能讓傷口回復地更好,幫助嚴重燒燙傷的病患,尤其是大範圍燒傷、換藥時刻至為痛苦的患者。

同時期,美國哈佛醫學院與麻州綜合醫院的科學家教授伊凡斯(Conor Evans)拜訪了聖安東尼軍事醫療中心,於阿富汗作戰受傷的美國士兵被送回母國治療所在。他看到醫師們細心移植健康組織以覆蓋燙傷和創傷傷口,並利用顯微手術讓血管與新皮膚連結。不過,傷口未必能癒後復原良好,因為,血管可能無法供應足夠的氧氣,讓移植組織良好存活。

他檢查受傷士兵後發現,傳統技術無法妥善控制傷口的含氧量,當傷口復原狀況不良時,也無法提供警告。

S.M.A.R.T智慧繃帶

新式的液態繃帶,可以偵測傷口的氧含量,內含螢光染料,以紅綠燈的概念,涵養為綠色,缺氧為紅色,今年進入人體試驗階段。

有氧就是綠色 缺氧就是紅色

因此,伊凡斯嘗試研發智慧繃帶。他和同事們首先研究「會和不同含氧量起反應」的染料,並添加奈米分子以控制染料的活性,接著,依之設計出能顯示傷口復原狀態的液態繃帶。

伊凡斯表示:「這個液體繃帶會根據傷口的含氧量改變顏色,就像交通號誌一樣,從綠色變為黃色、橙色或紅色。」伊凡斯的這項技術,在2014年成功通過動物實驗,2015年進入人體試驗階段。

伊凡斯帶領著一群科學家,希望透過新研發的奈米材料(大小只有幾十億分之一公尺),不只能改良並加速傷口的復原評估,在未來,傷口敷料還可以因為他們的研究,變成精準的藥物傳遞系統。

麻省理工學院的化學家哈默德(Paula Hammond)說:「對於控制藥劑釋放量以及運送藥劑抵達目標,奈米技術扮演很重要的角色。」科學家們認為比起讓身體的一部份浸泡在藥物裡,卻僅有部份藥物到達目標治療處,這項奈米技術能夠精準投藥,相當具有優勢,嘉惠患者,尤其是身體較成人更為嬌弱、易受感染的兒童。

偵測傷口即時含氧量

根據伊凡斯團隊的調查,美國每年有600萬人由於傷口缺氧而癒合不良,醫療成本估計達到250億美元。外科醫生通常以針式電極插入受傷組織,來評估組織的含氧量,不過,針刺會造成疼痛,而且只能得知傷口某一小區的含氧量,也不適合怕痛的兒童。而伊凡斯的繃帶,卻能顯示整個傷口的即時含氧情況──只要傷口覆蓋了這種繃帶。

這項技術的核心,就是把兩種染料加入快乾式的液態繃帶,再將之覆蓋傷口。以藍光照射,即可提供能量令兩種染料發光,一是紅光,再為綠光。也就是說,這種螢光粉,可以吸收光線,同時再將其釋放掉以發光。

其原理在於,氧分子會「關掉」紅色染料的磷光,因此,繃帶如果顯示綠色,代表組織富含氧氣而且健康。相反的,如果傷口缺氧,繃帶會逐漸呈現黃色或橙色,當變成紅色,就是極度缺氧了。

其主要關鍵,在於紅色染料分子「外插」了一種奈米大小的附加物。伊凡斯把染料分子與樹狀體結合,一種直徑約兩奈米寬、具有分支結構的樹狀分子叢,長相大約近似大腦神經細胞的突觸。

這種樹狀分子叢能避免相鄰的染料分子重疊,因此不會抑制其他分子的磷光;分子叢還能擋住部份的氧分子過早與染料起反應,以降低偵測含氧量的起始數值,以便凸顯敷蓋於傷口一段時間之後的含氧量變化。

傷口癒合推手 含氧量的重要性

S.M.A.R.T智慧繃帶

未來,智慧繃帶上的奈米膠囊接觸到傷口的細菌,膠囊就會破裂,就會釋放抗細菌的藥物,抑制感染發生。

氧,是創傷癒合的重要助手。不管你的傷是燒傷、刀傷還是手術移植創傷,氧皆在癒合過程中起到關鍵性作用。自古至今,醫師判斷傷口是否癒合良好的方法,就是拿掉繃帶觀察傷口。若傷口尚未癒合至某一個程度,即有可能會使傷口受到感染,並留下不可抹掉的疤痕。

因此,伊凡斯所開發的液體繃帶,可以讓傷者無需暴露傷口讓醫師檢查癒合情況。而繃帶上的發光效應是由研究人員開發出的光源所觸發,也就是前文提到的藍光。研究人員表示,這種光源可以透過智慧手機上照相鏡頭來捕捉。

除了能夠顯示傷口處的含氧量外,這條繃帶還可以監測整個傷口周圍的氧供應量情況。比如,若傷口某處缺乏氧,它就可以提醒醫生對這處傷口加倍關注。

伊凡斯表示,這條繃帶可以應用到三個領域。一是慢性創傷,比如糖尿病所引起的創傷。伊凡斯表示,這類創傷就是每年健康醫療系統所花掉的250億美元。

同時,氧氣對燒燙傷也至為重要。尤其是這種傷口需要清除壞死組織來重新癒合。如果沒有對氧合狀態的準確評估,醫生就可能會過度清除壞死組織,或者清除不夠,這樣就會導致組織功能下降,甚至留下後遺症。

第三個應用領域,就是組織移植。當組織被移植後,就需要新的移植區域提供充足的氧氣才能生存下來。如果供血或者氧氣不足,被移植的組織可能會導致細胞壞死。導致氧氣供應不足的原因很多,靜脈淤血就是其中一種。因此,在組織移植過程中,以及之後,準確判斷氧量就顯得非常重要。

除了已經進入人體實驗,稱之為「S.M.A.R.T」(Sensing, Monitoring And Release of Therapeutics)的智慧 繃帶,伊凡斯團隊也正在開發功能更為強大的螢光粉,更加提升氧氣感知的能力,作法是為增加更多參數進入這個智慧繃帶,比如氧氣pH(酸鹼值)和細菌含量。

同時,他們也緊鑼密鼓研究重要的命題──讓智慧繃帶自動於傷口上敷藥。目前的研究結果,已經發表於論文開放平台。

 

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