貼るだけで傷を監視・治療する「スマート包帯」iCaresがヒト臨床で実証

2023年、ガオ博士のチームは動物モデルにおいて、開発したスマート包帯が慢性創傷に関するリアルタイムのデータを提供し、同時に治癒プロセスを加速できることを示し、目標達成に向けた最初のハードルをクリアしました。

そして今回、ガオ博士と南カリフォルニア大学（USC）ケック医学校の研究チームは、さらに改良を加えた「iCares」と呼ばれる包帯を用い、次のハードルを越えました。研究チームは、糖尿病や血行不良により治癒しない慢性創傷を持つ20人の患者と、手術前後の患者を対象に、炎症反応の一部として体が創傷部位に送る体液を継続的にサンプリングできることを実証しました。

このスマート包帯は、液体の流れを制御する3つの異なる微小なモジュール、マイクロ流体コンポーネントを備えており、存在するバイオマーカーに関するリアルタイムのデータを提供しながら、創傷から余分な水分を取り除きます。

「私たちの革新的なマイクロ流体技術は、創傷から水分を除去し、治癒を助けます。また、包帯で分析されるサンプルが、古い体液と新しい体液の混合物ではなく、常に新鮮なものであることを保証します。正確な測定値を得るためには、創傷部位の最新の体液のみをサンプリングする必要があるのです」と、ヘリテージ医学研究所の研究者でもあるガオ博士は述べています。「このようにして、iCaresは炎症や感染の重要なバイオマーカーをリアルタイムで監視することができるのです」。

実際に、2025年4月23日に『Science Translational Medicine』誌で発表された新しい論文で、ガオ博士らは、このスマート包帯が炎症の指標である一酸化窒素や、感染のバイオマーカーである過酸化水素といった分子を、患者が症状を自覚する1日から3日前に検知できる可能性があることを示しました。この論文のタイトルは、「「A Microfluidic Wearable Device for Wound Exudate Management and Analysis in Human Chronic Wounds」（ヒト慢性創傷における創傷滲出液の管理と分析のためのマイクロ流体ウェアラブルデバイス）」です。

さらなる進歩として、研究チームは患者の創傷を分類し、専門の臨床医に匹敵する精度で治癒時間を予測できる機械学習アルゴリズムも開発しました。

「慢性創傷をリアルタイムで監視することは、多くの患者の治療能力を向上させるための鍵となるかもしれません。これらの創傷の多くは、適切かつ迅速に治癒しなければ、手足の切断に至る可能性があります」と、論文の共著者であり、USCケック医学校の足病外科医で外科学および神経外科学の特別教授であるデビッド・G・アームストロング氏（David G. Armstrong）は語ります。「創傷そのものに関する実用的な情報を提供することで、患者が病院、クリニック、あるいは自宅のどこにいても、専門家レベルの創傷ケアを届けたいと考えています」。

 この包帯は、低コストで3Dプリントが可能な、柔軟で生体適合性のあるポリマー製のストリップで構成されています。衛生面と単回使用を考慮し、使い捨て可能なナノ加工バイオマーカーセンサーアレイが組み込まれています。また、信号処理とスマートフォンなどのユーザーインターフェースへの無線データ送信を担う、再利用可能なプリント基板も含まれています。iCares内の3つのマイクロ流体モジュールは、創傷表面から体液を吸い取る膜、デバイスを横切ってセンサーアレイまで体液を運び分析させる生体模倣コンポーネント、そしてサンプリングされた体液を包帯の外に運び出すマイクロピラーモジュールから成ります。

本論文の共同筆頭著者は、カリフォルニア工科大学の大学院生であるキャンラン・ワン氏（Canran Wang）とケシン・ファン氏（Kexin Fan）です。論文には、カリフォルニア工科大学およびUSCケック医学校などから多数の研究者が共著者として名を連ねています。この研究は、米国国立衛生研究所（NIH）、米国科学財団（NSF）をはじめとする多数の機関からの助成金によって支援されました。 

[News release] [Science Translational Medicine abstract]