新型"智能"植入涂层可预警早期故障并抗感染

新型"智能"植入涂层可预警早期故障并抗感染伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校开发的骨科植入物智能涂层一面是杀灭细菌的纳米柱，另一面是应变映射柔性电子元件。这可以帮助医生指导病人康复，并在设备出现故障前进行维修或更换。资料来源：伊利诺伊大学贝克曼ITG在《科学进展》（ScienceAdvances）杂志的一项新研究中，一个多学科研究小组发现，这种涂层能防止活体小鼠感染，并能绘制应用于羊脊柱的商业植入物的菌株图，以警告各种植入物或愈合失败。研究负责人、伊利诺伊大学材料科学与工程系教授QingCao说："这是生物启发纳米材料设计与柔性电子学的结合，可解决复杂、长期的生物医学问题。"Cao说，感染和设备故障都是骨科植入物的主要问题，每种问题都会影响多达10%的患者。他说，人们已经尝试了几种抗感染的方法，但都有严重的局限性：拒水表面仍会形成生物膜，含有抗生素化学物质或药物的涂层在几个月内就会耗尽，对周围组织产生毒害作用，对抗药性细菌病原体的效果甚微。伊利诺斯州的研究小组从蝉和蜻蜓的天然抗菌翅膀中汲取灵感，创造出一种薄薄的箔片，上面的纳米级支柱就像昆虫翅膀上的一样。当细菌细胞试图与箔片结合时，支柱会刺穿细胞壁，杀死细菌。这项研究的共同作者、病理生物学教授吉-刘（GeeLau）说："使用机械方法杀灭细菌让我们绕过了化学方法的许多问题，同时还让我们能够灵活地将涂层应用到植入物表面。"在纳米结构箔片接触植入装置的背面，研究人员集成了高灵敏度的柔性电子传感器阵列，用于监测应变。研究人员说，这可以帮助医生观察每个病人的愈合进度，指导他们进行康复治疗，以缩短康复时间并将风险降到最低，还可以在设备出现故障前进行维修或更换。工程小组随后与兽医临床医学教授安妮特-麦考伊（AnnetteMcCoy）合作测试了他们的原型设备。他们将薄膜植入活体小鼠体内，监测它们是否出现任何感染迹象，甚至在引入细菌时也是如此。他们还将涂层应用于市场上销售的脊柱植入物，并监测植入物在正常负荷下对绵羊脊柱的应变，以诊断装置故障。涂层很好地完成了这两项功能。原型电子器件需要线缆，但研究人员下一步计划为涂层开发无线供电和数据通信接口，这是临床应用的关键一步。他们还在努力开发纳米柱纹理杀菌箔的大规模生产。Cao说："这些类型的抗菌涂层有很多潜在的应用，由于我们的涂层使用的是机械机制，因此它有可能应用于化学物质或重金属离子（目前商业抗菌涂层中使用的化学物质或重金属离子）会造成危害的地方。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371753.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1371753.htm

贻贝蛋白涂层可使植入体免受感染

贻贝蛋白涂层可使植入体免受感染即使在粗糙的潮间带，贻贝也能牢牢地附着在岩石上，这要归功于一种名为DOPA的氨基酸一些研究小组已经开发出了用于植入物的抗生素涂层--使植入物摆脱最初的易感染状态--不过，其中一些物质会持续释放抗生素有效成分，而不管植入部位处于何种状态。这种滥用药物的做法会导致细菌产生抗药性，从而降低抗生素的效果。为了寻找一种选择性更强、更持久的替代品，韩国科学家团队研究了贻贝用来粘附在岩石上的蛋白质。研究人员创造了一种生物工程MAP（贻贝粘合蛋白），它能大量表达一种名为DOPA的天然氨基酸。此外，这种生物工程MAP还添加了庆大霉素（一种常用抗生素）和铁离子。在健康的植入部位条件下，DOPA与离子形成牢固的结合，将离子和庆大霉素牢牢地包裹在由MAP制成的耐用水凝胶涂层中。然而，当有害细菌侵入时，它们会增加该部位的酸度。由于pH值降低，DOPA和铁离子之间的结合力减弱，导致铁离子和庆大霉素释放出来。这样，抗生素就能释放出来，杀死该区域的所有细菌。但重要的是，涂层释放的庆大霉素只与感染程度成正比--如pH值所示。在动物试验中，涂层在金黄色葡萄球菌感染后8小时内释放出70%的抗生素有效成分，有效消灭了所有微生物。即使在机械应力作用下，它也能牢牢地粘附在钛植入物上，并在整个骨再生阶段（约四周）保持有效。首席科学家、浦项科技大学（POSTECH）的HyungJoonCha教授说："粘性植入涂层材料的即时和持续抗菌效果有望显著提高植入手术的成功率。"有关这项研究的论文最近发表在《生物材料》杂志上，庆北大学校的科学家也参与了这项研究。相关文章:科学家开发新型粘合剂结合贻贝的粘性和蜘蛛丝的强度科学家开发基于贻贝黏附蛋白的生物粘合剂用于无疤痕皮肤移植技术受贻贝启发的粘合剂可在植入物和骨骼之间建立粘合关系科学家混用贻贝和蚕的蛋白质开发出了一种内伤用敷料...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422548.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422548.htm

受贻贝启发的粘合剂可在植入物和骨骼之间建立粘合关系

受贻贝启发的粘合剂可在植入物和骨骼之间建立粘合关系3D打印机将多巴胺基粘合剂应用到髋关节的三维钛轴上图/弗劳恩霍夫CMI人工髋关节等植入物的问题之一是，随着时间的推移，钛植入物会从与其粘合的骨头上脱落。这时就需要进行第二次手术来重新连接或更换植入物。多年来，不同的研究小组一直在寻找避免这种情况发生的方法。由贻贝启发的胶水是最新也是最有趣的例子之一。这种生物相容性物质由德国弗劳恩霍夫研究小组的科学家开发，可以直接用三维打印技术打印到钛植入物的曲面上，确保植入物/骨界面的涂层均匀。它主要由含有多巴胺的合成聚合物组成。多巴胺分子是二羟基苯丙氨酸的化学类似物（即具有相似的结构），而二羟基苯丙氨酸是贻贝产生的关键氨基酸，是其天然粘合剂的一部分。这种胶水还含有矿物质颗粒、蛋白质和信号分子等添加剂，可使患者的身体将其识别为类似骨骼的物质。因此，邻近骨组织的细胞很容易长入其中，据说这样就能确保牢固持久的粘合。此外，多巴胺还具有抗菌作用，可最大限度地降低植入部位的感染几率。最后，这种胶水还可以改性，只有在紫外线照射下才会硬化。这意味着外科医生可以慢慢地对准植入物，然后在植入物完全就位后用紫外线灯将其锁定。今后，还可以打开或关闭粘合效果，以便在必要时重新定位种植体。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402677.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1402677.htm

AI思维解码器+人体植入物使瘫痪12年的人重新行走

AI思维解码器+人体植入物使瘫痪12年的人重新行走周三发表在《自然》杂志上的一项中，瑞士的研究人员结合了AI思维解码器和大脑-脊柱植入物，使因摩托车事故瘫痪了12年的Gert-JanOskam重新行走。他在植入一年多后继续保留了这些能力并显示出了神经恢复迹象，即使关闭植入物他也拄着拐杖走路。研究人员首先在Oskam的头骨和脊柱中植入了电极。然后让AI观察他的大脑——当他试图移动不同身体部位时哪些部分会亮——最终将某些电极活动与特定意图相匹配。再用另一种算法连接大脑植入物和脊柱植入物，脊柱植入物向不同身体部位发送电信号从而引发运动。该算法能够解释每个肌肉收缩和放松的方向和速度的细微变化。而且，由于大脑和脊柱之间的信号每300毫秒发送一次，Oskam可以根据哪些有效，哪些无效，迅速调整他的策略。——频道：@TestFlightCN

新研发的皮下植入物无需抗排斥药物即可逆转1型糖尿病

新研发的皮下植入物无需抗排斥药物即可逆转1型糖尿病1型糖尿病患者体内的免疫系统会攻击并破坏胰腺中产生胰岛素的细胞，即胰岛细胞，从而阻止胰岛素的分泌，导致患者必须终生注射胰岛素或使用胰岛素泵。康奈尔大学和阿尔伯塔大学的研究人员合作创造了一种皮下植入物，既能分泌胰岛素，又能避免植入设备可能产生的免疫反应。该研究的通讯作者之一马明麟（音译）说："多年来，我收到了很多家长和患者的电子邮件和求助，1型糖尿病是一种非常糟糕的疾病，很多儿童都患有这种疾病。因此，我们真的很认真地想把它推向临床应用，推向有影响力的领域。"2017年，康奈尔大学农业与生命科学学院（CALS）的Ma开发出了"胰岛植入藻酸盐纤维线"（TRAFFIC），这是一种可拆卸的尼龙线植入物，内含数十万个胰岛细胞，由一层薄薄的藻酸盐水凝胶涂层保护，并插入腹腔。2021年，该植入物的更强大版本问世，可有效控制小鼠血糖长达六个月。马的植入物吸引了美国加州大学糖尿病研究员詹姆斯-夏皮罗的注意，他创造了一种方法，将胰岛细胞植入皮下通道，然后应用免疫抑制来保护它们。这项研究的另一位通讯作者夏皮罗说："我对Ma的方法的优点很感兴趣，因为它避免了免疫抑制的需要，我想知道我们是否可以把我们的两种创新策略结合起来，提高细胞的存活率。事实上，它成功了！通过将两者结合起来，它确实改善了移植细胞的皮肤部位，而无需使用抗排斥药物。"由此产生的合作成果就是SHEATH，即皮下寄主藻酸盐线。SHEATH植入过程分为两步。首先，将一根医用尼龙导管插入皮下，并在皮下停留四到六周。导管会引发受控的异物炎症反应，导致导管周围形成密集的血管网。移除导管后，基于藻酸盐的胰岛细胞播种装置就会插入已经形成的口袋或通道，周围的血管会为胰岛细胞提供所需的氧气和营养。"这条通道非常适合我们的设备，"马说。夏皮罗打了个比方："这就像一只戴着手套的手。把东西放在皮下比放在腹部要容易得多，创伤也小得多。它可以在门诊进行，所以你不必住院。它可以在局部麻醉下完成"。在糖尿病小鼠体内植入SHEATH系统后，病情得到了逆转，而无需使用免疫抑制剂。实验表明，该系统具有长期逆转糖尿病的强大能力，一些小鼠的高血糖纠正时间超过了190天。此外，该系统还可以根据血糖水平的升高，取出并更换失效的植入物。换上新的植入物后，血糖水平恢复正常。为了证实该系统的可扩展性，研究人员成功开发了在迷你猪体内实施SHEATH方法的程序，包括植入物的插入、移除和更换。研究人员承认，尽管SHEATH系统的功能很有前途，但在临床应用方面还需要克服更多的挑战。具体来说，需要确定可接受的导管长度，并确定解剖学上合适的植入部位。Ma说："我们面临的挑战是，要让这些胰岛细胞在体内长期保持功能是非常困难的，因为装置会阻塞血管，但众所周知，体内的原生胰岛细胞会与提供营养和氧气的血管直接接触。该装置的设计方式使我们可以最大限度地进行营养物质和氧气的大量交换，但我们可能需要提供额外的手段来支持细胞在大型动物模型和最终患者中的长期功能。"这些'额外手段'可能包括在设备中加入持续的氧气供应。Ma已经成立了一家新的康奈尔分拆公司PersistaBio，开发一种单独的装置，为细胞提供额外的氧气。尽管面临这些挑战，研究人员仍希望未来版本的植入装置能使用两到五年才需要更换。这项研究发表在《自然-生物医学工程》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402453.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1402453.htm

斯坦福大学：大脑植入物恢复了头部受伤患者的功能

斯坦福大学：大脑植入物恢复了头部受伤患者的功能斯坦福大学研究人员开发的新型大脑植入物在恢复头部受伤患者的功能方面取得了显著成功。深部脑刺激植入物的目标是增强负责意识、学习、记忆、思维和解决问题的区域之间的活动。在一项涉及五名脑损伤参与者的试验中，参与者表示安装该设备后，注意力、阅读能力、记忆力、驾驶技能和整体日常功能都有显着改善。一位参与者吉娜·阿拉塔(GinaArata)在2001年的一场车祸中脑部受伤，她描述了植入物的变革性影响，指出记忆力、协调性和情绪调节能力得到了改善。选定的试验参与者已从昏迷中恢复，他们的大脑系统被认为仍然保留，但功能未达到最佳状态。该植入物旨在精确刺激特定的大脑区域，有效地“点亮”神经通路完好但下调的区域。source：投稿：@TNSubmbot频道：@TestFlightCN