画期的なスマート包帯技術で創傷治療が進化

証明概念研究と次のステップ

米国国立衛生研究所（National Institutes of Health）からの一部支援を受け、USC-Caltechチームは動物モデルでスマート包帯の証明概念研究を行い、その結果を発表しました。また、この研究チームは、世界中で行われている最先端の創傷モニタリングと治療に関する研究をレビューし、それらの技術を患者に提供するための課題と次のステップについても評価しました。このレビューは、2024年6月17日にNature Materials誌に「Wound Management Materials and Technologies from Bench to Bedside and Beyond」（創傷管理材料と技術：ベンチからベッドサイドへ、その先へ）というタイトルで発表されました。

ケック医科大学の外科および神経外科教授であるデイヴィッド・G・アームストロング博士（David G. Armstrong, PhD, DPM）は、「我々は、これらの傷を治癒させると同時に、測定し管理する新しい『サイバースキン』を創り出しています。この論文は、創傷治癒の分野でこれらの最近の知見を統合し、患者の回復を迅速に助けるための道筋を示しています」と述べています。

スマート包帯技術の洗練

アームストロング博士とそのチームは、材料科学、ナノテクノロジー、デジタルヘルスなどの分野からの新たなブレークスルーを活用して、スマート包帯技術を洗練させました。さらに、創傷治癒研究への資金増加や規制承認への道のりの改善など、最近の変化も進展を後押ししています。

カリフォルニア工科大学の医用工学助教授であるウェイ・ガオ博士（Wei Gao, PhD）は、「私たちは、創傷液中の重要な代謝および炎症バイオマーカーを無線で監視できる次世代のスマート包帯を開発してきました。今後は、科学者、エンジニア、臨床専門家が患者を中心に協力することが、より良い創傷ケアの成果をもたらす重要な役割を果たすでしょう」と述べています。

次世代のスマートドレッシング

急性創傷が典型的な炎症と治癒のプロセスを経るのに対し、慢性創傷はより複雑で予測不可能です。慢性創傷は感染のリスクが高く、治癒に時間がかかり、場合によっては切断や敗血症などの生命を脅かす合併症を引き起こす可能性があります。

その一つの解決策として、新しいスマート包帯技術があります。これは、傷の炎症や感染症、血流の問題を検出し、Bluetoothを介して患者や医療提供者にアラートを送り、リアルタイムで治療を行うワイヤレス技術を利用したものです。アームストロング博士のチームは、この新技術を動物モデルでテストし、有望な結果を得ています。

「このクローズドループシステムは、問題を特定し、自動的に診断し、解決策を提供することができ、患者と臨床医の監督のもとで運用されます」と彼は言います。

スマート包帯は、生体電子材料を含む様々な最先端材料を使用して構築されており、電気刺激を組織や細胞に届けることで治癒を助けることができます。多くの包帯は、柔軟で柔らかく、pH、温度、その他の環境要因に応じて薬物を蓄積し放出することができる高分子ゲルを採用しています。

次世代のドレッシングには、創傷の微小環境の変化を検出できる各種センサーが含まれています。電気化学センサーはタンパク質、抗体、栄養素、電解質の存在を測定することができ、光学センサーは温度、pH、酸素レベルを監視します。画像センサーは、写真、超音波、蛍光画像を含み、細菌感染を検出し、創傷の深さと体積を測定して治癒の進行を追跡することができます。

新技術の導入課題

研究者らは、新しい技術のレビューにおいて、スマート包帯が標準的な医療実践に導入される前に対処すべきいくつかの課題を指摘しています。例えば、多くの医療システムは、視覚的に創傷を評価し分類するという旧式の方法を使用しており、標準化された基準がないため、評価が不正確または信頼性に欠けることがあります。スマート包帯を統合するには、現在の基準を大幅に見直す必要があります。
「我々にとって、必要なときに必要な支援を提供するドレッシングのアイデアは理にかなっていますが、FDAの同僚にも納得してもらう必要があります」とアームストロング博士は言います。

スマート包帯の米国食品医薬品局（FDA）からの規制承認を得ることも複雑です。FDAは、複数の治療法を組み合わせた創傷ケア製品の承認に柔軟性を持っていますが、特別な承認を得るには、研究者が大量の前臨床および臨床データを収集する必要があります。これは、USC-Caltech研究チームの継続的な目標です。

創傷の測定と管理

スマート包帯が収集したデータは、機械学習ツールを使用して処理および分析され、迅速かつ効率的なモニタリングとケアが可能になります。これは医師の診察室でも遠隔でも行うことができます。

アームストロング博士は、この新しいアプローチを、心臓病の早期段階で高コレステロールを検出し、スタチンで治療することに例えています。

「驚くべきことに、創傷治癒の分野では、これらの中間的な測定を行っていません。私たちが行っているのは、心臓発作の最中に誰かを測定するのと同じです。これらの中間的なコンパニオン診断を開発することが重要です」と彼は言います。

より迅速な創傷ケアは命を救うだけでなく、多くの患者の生活の質を向上させることができます。慢性創傷を持つ人々の約半数は臨床的なうつ病の診断基準を満たし、多くの人が日々の生活で移動困難、痛み、創傷ケアに対する深刻な課題に直面しています。
「我々は、患者のために潰瘍のない、入院のない、活動的な日々を最大限にしたいと考えています」とアームストロング博士は言います。

次に、彼と彼のチームは、超音波技術を使用して遺伝子治療を誘導し、ふくらはぎの筋肉で血管新生を刺激する新しい創傷ケアアプローチを研究しています。これは、脚潰瘍患者の切断リスクを減らすのに役立つ可能性があります。

研究の詳細

この研究には、アームストロング博士、ガオ博士に加えて、USCケック医科大学外科部門のシアディング・シー博士、カリフォルニア工科大学のアンドリュー＆ペギー・チャーン医用工学部門のカンラン・ワン博士とエイサン・シルザイ・サニ博士、シンガポール国立大学のチウィ・テック・リム博士、カリフォルニア大学サンディエゴ校のナノ工学部門のジョセフ・ワン博士が参加しています。

今回の研究は、創傷ケアの分野において新たな道を切り開くものであり、患者の生活の質を向上させる可能性を秘めています。スマート包帯の技術は、創傷のリアルタイムモニタリングと治療を可能にし、従来の方法では得られなかった詳細なデータを提供します。今後、規制承認や商業化の課題を克服することで、この技術が広く普及し、慢性創傷を持つ患者にとって大きな福音となることが期待されます。

画像：動物モデルでテストされたこのウェアラブル・バイオエレクトロニクス・システムは、最終的にはモニタリングを改善し、慢性創傷を持つ人々に対して制御された薬物放出や電気刺激などの治療を施すことができるかもしれない。(Credit：Wei Gao、カリフォルニア工科大学）

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