給大家介紹一篇發(fā)表在Science上的文章“Active biointegrated living electronics for managing inflammation”，文章的通訊作者是芝加哥大學(xué)的Bozhi Tian, Jiping Yue和羅格斯大學(xué)的Simiao Niu，他們的研究方向是生物醫(yī)學(xué)材料及設(shè)備的開發(fā)。
可以與生物組織交互的電子設(shè)備對于疾病的診斷、檢測和靶向治療都非常重要，然而傳統(tǒng)的電子設(shè)備由于與生物組織的機械和生物化學(xué)屬性差異，兩者間的界面并不連續(xù)，從而影響信號保真度。盡管水凝膠可以充當(dāng)中間層來彌合這種差距，但其依然不能為組織調(diào)節(jié)提供必要的反饋。在本文中，作者發(fā)展了一種活性生物集成活體電子平臺(active biointegrated living electronics, ABLE)，同時包含了生物化學(xué)、生物力學(xué)及生物電特性，可以通過電生理記錄皮膚電阻抗、體溫和濕度，并可以檢測銀屑病中的微生物驅(qū)動干預(yù)。作者希望ABLE平臺可以為皮膚免疫調(diào)節(jié)提供必要的生物特性，所以在傳統(tǒng)水凝膠生物電子設(shè)備的基礎(chǔ)上，選擇了人體皮膚菌群的皮膚共生細(xì)菌皮葡萄球菌作為生物界面的活體成分，將其包裹在水凝膠內(nèi)，為ABLE提供了調(diào)節(jié)炎癥和促進(jìn)皮膚再生的能力。為了確?；铙w生物界面的功能，水凝膠基質(zhì)必須支持細(xì)菌活力，所以作者使用蛋白質(zhì)和多糖聚合物的雙重網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建了一種生物相容性水凝膠基質(zhì)，并通過優(yōu)化制成工藝延長了水凝膠基質(zhì)內(nèi)的細(xì)菌活力，細(xì)菌在其中可以存活至少四天，在凍干后可以在-80°C下保存30天，從而保證其工業(yè)化及分銷潛力。同時，這種活性水凝膠同樣表現(xiàn)出良好的生物電學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，可以支持電子設(shè)備對活體的狀態(tài)進(jìn)行檢測。之后，作者將這一設(shè)備應(yīng)用于銀屑病小鼠模型，作者創(chuàng)建了一種無電池、無線柔性印刷電路板(flexible printed circuit board, FPCB)，其與ABLE結(jié)合可以實現(xiàn)無線能量收集和信號傳輸，通過檢測皮膚電阻、濕度和溫度等信息來實時反應(yīng)銀屑病進(jìn)展情況，還能按需進(jìn)行細(xì)菌消毒，將該設(shè)備用于銀屑病模型的小鼠后發(fā)現(xiàn)其癥狀明顯改善。最后，作者研究了ABLE如何調(diào)節(jié)炎癥性皮膚細(xì)胞環(huán)境，皮損細(xì)胞因子分析表明IFN-γ和IL-17顯著下調(diào)，它們在炎癥細(xì)胞募集和調(diào)節(jié)角質(zhì)形成細(xì)胞增生中起重要作用，此外，與牛皮癬進(jìn)展相關(guān)的金黃色葡萄球菌的豐度也顯著降低。作者認(rèn)為可能是ABLE系統(tǒng)中含有的表皮葡萄球菌通過激活了宿主的免疫反應(yīng)來對抗金黃色葡萄球菌，對于免疫反應(yīng)重要的TLR2-KO小鼠在應(yīng)用ABLE處理后沒有產(chǎn)生與野生型小鼠相同的治療效果同樣印證了這一觀點。總之，本文介紹了一種活性生物集成活體電子平臺ABLE，在完成診斷、檢測的常規(guī)生物電子設(shè)備的同時還可以對炎癥相關(guān)的皮膚疾病進(jìn)行調(diào)節(jié)，有望在未來大規(guī)模用于生物醫(yī)用設(shè)備中。https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl1102原文引用：DOI：10.1126/science.adl1102
