Dizajn elektrostatických struktur z permanentně polarizovaného teflonu a struktura teplem aktivované smršťovací mřížky z biokompatibilní paměťové slitiny v náplasti pro liniové (např. řezné) rány – sloupec vlevo a pro kruhové rány – sloupec vpravo. Kredit: Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abl8379

Že elektrické napětí v místě zranění může pomoci k léčbě, naznačily již dávnější experimenty. Ku příkladu v roce 2013 americko-katarský tým zveřejnil přehled 16 randomizovaných studií, z nichž 14 potvrdilo, že elektrická stimulace urychluje hojení ran, zvyšuje průtok krve i kyslíku v místě narušené kůže, napomáhá růstu nových mikrocév. Nebo výzkumníci z americké Univerzity státu Ohio v loňském roce na laboratorním modelu prokázali, že stejnosměrné elektrické pole reguluje propustnost cévního endotelu, tedy vnitřní vrstvy cévní stěny. Tým pracovníků Čínské univerzity elektroniky a technologií nyní v časopisu Science Advances popsal malou flexibilní elektrickou náplast, jejíž účinnost potvrdily experimenty na potkanech. Protože povrchová zranění můžou být podélné jako při pořezání, nebo plošné, např. oděrky, vědci vyvinuli dva typy – jeden obdélníkového tvaru s rozměry 37 × 27 mm, druhý čtvercového, velikosti 28 x 28 mm. Při celkové tloušťce pouhých dvou desetin milimetru má náplast čtyřvrstevnou sendvičovou strukturu. Mezi dvěma membránami flexibilního biokompatibilního, na toxicitu testovaného materiálu Ecoflex, který přilne přímo na kůži, se ukrývá jedna z aktivních vrstev se schopností smrštit se působením teploty těla o asi 10 %. Po nalepení náplasti tak dojde k jemnému stahování okrajů narušené kůže k sobě, což napomáhá jejímu zacelení a omezuje tvorbu nehezkých keloidálních jizev. Princip teplem regulované kontrakce je ukrytý v metamateriálové mřížce z biokompatibilní paměťové slitiny schválené pro medicinské použití americkou FDA (U.S. Food and Drug Administration). Mřížka má pro kruhové rány jinou strukturu než pro lineární, aby v obou případech zajistila vhodnou stahující sílu ve správných směrech.

Náplast na kůži. Detailní obrazová dokumentace léčby je dostupná zde. Kredit: Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abl8379

Ve čtvrté vrstvě jsou naneseny tenké elektrody s trvalým povrchovým nábojem. Jde o známý polymer teflon, chemicky polytetrafluoretylen (PTFE), který je ale permanentně polarizován, takže generuje elektrostatické pole, které se bez jakéhokoli vnějšího zdroje udrželo po celou dobu jednotlivých pokusů probíhajících až 8 dnů. U podélných náplastí určených na liniové rány má vnější kladná elektroda tvar obdélníku s rozměry 15 x 10 mm a otvorem uprostřed, kde je umístěn malý (11 x 4 mm), záporně nabitý obdélníček. Pro kruhové rány je vnější kladná část tvaru plochého prstence s průměry 12 a 6 mm. Záporně nabitý kroužek ve středu prstence má jenom 3 mm – viz obr. Mezi těmito malými polarizovanými teflonovými elektrodami se udržuje elektrostatické napětí 1 kV. V kůži pod náplastí tato hodnota prudce klesá zejména v prvních 2 milimetrech a 1 cm pod povrchem dosahuje jen asi 0,2 V/cm.

Vstupní prostor hlavní budovy kampusu v okresu Gingshuihe Univerzity elektronických věd a technologií v Číně. Univerzita, která má 3 kampusy, se rozkládá na ploše více asi 17 kilometrů čtverečných. Kredit: LimSoo-jung - 自己的作品，CC BY-SA

Zajímavá kombinace mechanické a elektrické stimulace prokazatelně – alespoň u laboratorních potkanů – urychluje hojení povrchových ran. Když výzkumníci po 8 dnech porovnali původně stejná plošná (kruhová) zranění přelepená experimentální náplastí, 96,8 % z nich již bylo zhojených oproti 76,4 až 79,9 % těch, jež byly ošetřeny jinými ochrannými nefarmakologickými obvazy. Za stejnou dobu se zhojila jen necelá polovina nijak neošetřovaných ran. I u lineárních (řezných) poranění byly výsledky podobné, i když v kratším časovém horizontu, protože k zacelení stačí, aby dorostlo méně kůže.

Knihovna jednoho z kampusů. Kredit: 由huyidao - flickr.com, CC BY-SA.

Další překvapující vlastností čtvrté permanentně polarizované elektrostatické vrstvy (elektret) by mělo být její výrazné antibakteriální působení. 24 hodin trvající test in vitro – v Petriho misce – s kulturami bakterií Escherichia coli prokázal téměř 99,99% účinnost.

Shrnutí slovy samotných autorů:

Navrhujeme zde programovatelnou synergickou elektromechanickou náplast na rány aktivovanou teplotou kůže, která se skládá z mechanického metamateriálu na bázi slitiny s tvarovou pamětí pro kontrakci rány a antibakteriální tenké vrstvy elektretu pro generování elektrického pole. Tato strategie byla úspěšně demonstrována na potkanech, u nichž se dosáhlo účinného hojení ran již za 4, resp. 8 dní u lineárních a kruhových ran, přičemž došlo ke statisticky významnému, více než 50% zlepšení v míře uzavření rány oproti kontrolní skupině ošetřené jednoduchým obvazem. Optimálně navržená elektromechanická synergická stimulace by mohla regulovat mikroprostředí rány, aby se urychlil metabolismus hojení, podpořilo zacelení rány a potlačila infekce.

Literatura: SCIENCE ADVANCES; Medical Xpress