近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“Injectable tissue prosthesis for instantaneous closed-loop rehabilitation”的研究报告中，来自韩国成均馆大学等机构的科学家们通过研究在生物材料技术和康复医学研究领域取得了重大进展，他们开发出了一种新方法，其能通过采用导电水凝胶形式的“可注射组织假体”与机器人辅助的康复协同结合，从而来愈合机体的肌肉损伤。
让我们想象一下你正在海里游泳，一条巨大的鲨鱼逐渐靠近并从你的大腿上咬下一块肉，从而导致腿上的运动/感觉功能完全丧失，如果不及时治疗的话，这种严重的肌肉损伤将会导致永久性的功能丧失和残疾，那么如何才能从这种损伤中恢复过来呢？针对这类肌肉损伤的传统康复方法一直在寻找一种高效的闭环步态康复系统，该系统能将轻量级外骨骼和可穿戴/植入式的设备结合在一起，这种辅助假肢系统对于帮助患者通过恢复与神经和肌肉损伤相关的感觉和运动功能非常必要。但不幸的是，当前电子材料的机械性能和刚性促使其无法与软组织相容，这就会导致摩擦和潜在的炎症，从而就会拖延患者的康复。
为了克服这些限制，研究人员开始转向研究一种被称为透明质酸（hyaluronic acid）的材料，这种材料通常能被用作平滑皱纹的填充剂；利用这种物质，研究人员就开发出了一种可注射的水凝胶来用作“组织假体”（tissue prostheses），其能在肌肉/神经组织再生时暂时填补缺失的间隙，这种材料的可注射性促使其要比传统的生物电子设备具有显著的优势，传统的生物电子设备不适合狭窄、深度或小的区域，并且需要进行侵入性的手术。由于具有高度的组织样特性，这种水凝胶就能与生物组织无缝对接，且并不需要手术就能轻松地施用于难以触及的身体部位。
科学家们开发出“可注射的组织假体” 有望为再生受损肌肉/神经提供新途径。
图片来源：Nature (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06628-x
研究者表示，水凝胶内的可逆和不可逆的交联或能适应注射过程中的高剪切应力，从而就能确保优异的机械稳定性，这种水凝胶还含有金纳米颗粒，从而就使其具有优秀的电性能，其导电性就能允许在损伤组织的两端之间传输电生理信号，此外，这种水凝胶是可生物降解的，这就意味着患者并不需要再次接受手术治疗。研究者表示，这种材料具有类似于天然组织的机械性能、特殊的组织粘附性和可注射特性，从而就为患者的康复提供了一种新的方法。接下来，研究人员在啮齿类动物模型中测试了这种新的想法，为了模拟体积性肌肉损失损伤，他们从这些动物的后腿上取下了一大块肌肉组织。
通过注射水凝胶并植入两种可拉伸的组织接口设备来用于电传感和刺激，研究人员就能改善受伤啮齿类动物的步态，水凝胶假肢能与机器人辅助相结合，并由肌肉肌电图信号所引导，当将其结合在一起时，在没有神经刺激的情况下就能帮助提高动物的步态特征，此外，当长期使用导电水凝胶来填充肌肉损伤后，动物模型机体的肌肉组织再生就能得到有效改善。这项研究中，研究人员所开发的可注射导电水凝胶具有良好的电生理信号记录和刺激性能，同时也具有广阔的应用前景，其能为生物电子设备领域提供一种新的方法，并有望作为一种康复支持的软组织假体。
研究者Shin Mikyung强调了这项研究的重要性，他表示，我们创造了一种可注射、机械坚韧且导电的软组织假体，其非常适合用于解决需要神经肌肉骨骼康复的严重肌肉损伤，这种可注射水凝胶的开发李永乐一种全新的交联方法，其是一项非常显著的成就；研究人员相信其不仅适用于肌肉和周围神经组织，也适用于大脑和心脏等多种机体器官的损伤。研究者认为，闭环步态康复系统需要坚韧的可注射水凝胶和可拉伸且能自愈的传感器，其能显著增强神经和肌肉骨骼损伤挑战患者的康复前景，同时还能再人体多个器官的精确诊断和治疗中发挥重要作用。
目前研究人员正在进一步研究来开发能以微创方式植入的神经和肌肉组织再生新材料，同时他们也在探索通过注射可导电水凝胶来修复多种组织损伤的潜力，从而就消除了进行开放手术的需要。
原始出处：
Jin, S., Choi, H., Seong, D. et al. Injectable tissue prosthesis for instantaneous closed-loop rehabilitation. Nature 623, 58–65 (2023). doi：10.1038/s41586-023-06628-x
