黃金葡萄球菌感染,可以可分解電子植入物來治療。

黃金葡萄球菌(電子顯微鏡下)。Credit: NIAID

醫療用植入物已經普遍見於各種治療當中,我們熟知有像是牙釘、骨釘骨板、體內藥物釋放裝置到心臟支架或者心臟節律器。有的設計是需要耐久耐用,有的則是設計來執行短暫任務。典型的醫療用植入物都是非分解性材料,而且有一定的使用期限,當期限到期,就必須要再開刀取出來。如果可以少掉這個再開刀取出來的麻煩,對患者而言,會減少很多壓力。如果不要開刀取出,這個醫用植入物,有可能就這樣放在體內一輩子嗎? 還是說有可能不留痕跡,自動分解掉?

可分解的電子材料設計,用來對抗細菌感染。

可分解的電子材料設計,用來對抗細菌感染。Credit: Tufts University,EurekAlert(圖片網址)

美國麻州塔夫斯大學(Tufts University)的研究員和美國伊利諾大學香檳分校(University of Illinois at Champaign-Urbana)合作開發了一種可以無線啟動的電子醫療用植入物。這種植入物在生物體內完成任務之後會被組織吸收,也就不需要開刀取出。功用是用來治療被細菌感染的組織。這種植入物的材料是鎂(magnesium)和絲(silk),植入體內之後,可以由外部無線啟動加熱來殺死附近被感染組織的細菌。當有需求才啟動。無線啟動的方式,是在體外靠近植入物的位置,放置主線圈(primary coil),藉由近場偶合(near-field coupling)啟動。這種方式誘發植入物上的電流和加熱電阻。可以拿來用在治療手術後可能的局部感染,取代直接吃抗生素,減少抗生素對人體的負擔。

2008年就已經有鎂和絲製作,可在體內分解的醫材發表。這些成份在生體內本來就低量存在,而這個裝置帶來的量,又比生物體內低,所以具生物相容性,也很環保。

這個可以在體內分解又可以加熱和釋放藥物的設計,底層是絲蛋白層(silk protein),上面有彎曲的電阻和接收電力的鎂材料線圈,上面再加上一層絲蛋白層。所以鎂加熱器就像是被包在絲蛋白層裡面。這層絲蛋白層可以保護電子元件和控制分解的時間。再上面一層,可以存放要釋放的藥物。

這項發明,目前設計用來殺死生物體內的葡萄球菌。研究員將這個產品植入被葡萄球菌感染的老鼠體內。植入的位置就在感染的組織皮下區域。然後使用無線傳遞器,從外部啟動裝置,進行兩次,每次各十分鐘加熱治療。在實驗的過程,應用IR影像設備來監測組織的溫度。24小時後,從老鼠身上收集原先感染區域的組織。這些組織顯示已經沒有感染,同時治療區域附近的組織,也顯現正常。而植入體內的植入物,經過15天之後,就自然分解了。這時候再檢測當初植入物位置的組織,發現鎂的濃度和其它位置相當。這點說明植入物完全分解,且在體內正常代謝。

除了體內實驗,研究員也進行了體外實驗。遙控控制這個裝置釋放抗生素安比西林(ampicillin)來殺死大腸桿菌(E. coli)和金黃葡萄球菌(S. aureus)。這種遙控體內藥物釋放的方式,目前被證實不會影響抗生素的活動特性。但是增加了治療上藥物釋放的選擇性。

或許現在看來,這種設計用在對抗細菌感染上面,不是太實用。但是會自動分解和可以體外啟動這兩個設計,很有機會延伸在其它疾病的治療上面。

文章參考:EurekAlert
圖片來源:EurekAlert,Tufts UniversityNIAID CC BY 2.0
影片來原:DARPA Defense Advanced Research Projects Agency
原文參考:PNAS

 

 

 

 

 



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BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章一定要有邏輯性,藉由追蹤報導生醫領域的創新和應用來傳播知識。