慢性伤口往往会因氧气无法到达受损组织最深层而失控恶化。加州大学河滨分校研发的一种新型凝胶，能通过微型电池驱动系统，在伤口最需要的地方持续输送氧气。在高风险小鼠实验中，伤口在数周内愈合而非恶化。这项创新技术有望大幅减少截肢手术，甚至可能为实验室培养器官开辟道路。
持续一个月以上未愈合的伤口被归类为慢性伤口。全球范围内，每年约有1200万人遭受慢性伤口困扰，其中美国约有450万人。这些患者中大约有五分之一最终将面临截肢。
缺氧与愈合延迟
研究团队聚焦于他们认为的慢性伤口核心成因——受损组织深部的氧气短缺。当氧气水平过低时，伤口会停滞在长期的炎症阶段。这种环境会促进细菌生长和组织分解，而非组织修复。
领导该研究团队的加州大学河滨分校生物工程学副教授伊曼·诺沙迪表示："慢性伤口无法自行愈合。"
他说："慢性伤口的愈合有四个阶段：炎症期、组织开始生成血管的血管化期、重塑期以及再生或愈合期。在任何一个阶段，缺乏稳定、持续的氧气供应都是一个大问题。"
当来自血流或周围空气中的氧气无法到达组织深层时，就会形成一种称为缺氧的状况。缺氧会破坏身体的正常愈合过程。该研究团队在《自然-通讯·材料》期刊上描述了其靶向供氧凝胶方法。
产氧凝胶的工作原理
这种柔软而有弹性的凝胶由水和一种基于胆碱的液体构成，这种液体具有抗菌、无毒和生物相容性。当连接到类似于助听器中那种小型电池时，这种材料就像一个微型电化学装置。它能分解水分子，并随着时间的推移稳定地释放氧气。
与仅在表面供氧的治疗方法不同，这种凝胶能适应伤口的精确形状。在凝固之前，它会填充那些氧气水平往往最低、感染风险最高的小缝隙和不平整区域。
持续供氧至关重要。新血管的形成可能需要数周时间，而短暂的氧气爆发不足以支持持久的修复。该系统可以维持长达一个月的氧气流，帮助停滞的伤口恢复更典型的愈合模式。
在糖尿病和老年小鼠中取得可喜成果
为了测试这项技术，研究人员研究了糖尿病和老年小鼠，因为它们的伤口类似于老年人的慢性伤口。在未经治疗的动物中，伤口未能闭合且常常是致命的。当使用这种产氧贴片并每周更换时，伤口在大约23天内愈合，并且动物存活了下来。
"我们可以将这种贴片制成一种可能需要定期更换凝胶的产品，"诺沙迪实验室的UCR生物工程学博士生、论文合著者普林斯·大卫·奥科罗说道。
平衡炎症与免疫反应
这种凝胶可能提供的不仅仅是氧气支持。其主要成分之一胆碱有助于调节免疫活性并减少过度炎症。慢性伤口通常含有高水平的活性氧物种，这是一种会损害细胞并延长炎症期的不稳定分子。通过提供稳定的氧气，同时平息这种过度活跃的反应，凝胶有助于为组织修复恢复更健康的条件。
"有些绷带可以吸收液体，有些可以释放抗菌剂，"奥科罗说。"但它们都没有真正解决缺氧这个根本问题。我们正在直接应对这一挑战。"
超越伤口护理
潜在应用不仅限于治疗慢性伤口。氧气和营养短缺是努力培养替代组织和器官的主要障碍，这也是诺沙迪实验室的长期目标。
"当组织厚度增加时，很难向其扩散所需的物质，因此细胞开始死亡，"诺沙迪说。"这个项目可以看作是通往为有需要的人创造和维持更大器官的一座桥梁。"
应对日益严峻的健康挑战
慢性伤口发病率上升背后的一些因素是仅凭医疗设备无法解决的。除了老龄化和糖尿病，生活方式因素也起着作用。
"我们久坐的生活方式导致我们的免疫反应下降，"UCR生物工程师、论文合著者拜沙利·坎吉拉尔说。"解决我们问题的社会根源很困难。但这项创新代表着一个机会，可以减少截肢、提高生活质量，并为身体提供自我愈合所需的条件。"