可生物吸收体耦合电疗缝合线：无线调控伤口愈合全过程的新策略

《Nature Communications》：A bioabsorbable body-coupling-electrotherapy suture

本研究针对传统缝合线仅具机械闭合功能、无法主动调控伤口愈合的临床瓶颈，开发了一种可吸收体耦合电疗缝合线（BET-suture）。通过将环境电磁能转化为局部电刺激（0.75-5 V/mm）并利用介电层电荷存储实现物理抗菌，该缝合线在动物模型中显著提升愈合效率1.43倍，有效抑制术后感染并促进组织重塑，为智能外科器械设计提供了新范式。

　　

在外科手术后的伤口管理中，缝合线是最基础且使用量巨大的医疗器械。然而，现有临床缝合线主要功能仅限于机械性地闭合伤口，缺乏对复杂愈合过程的主动调控能力。伤口愈合涉及炎症反应、细胞增殖和组织重塑等多个生物学阶段的精密协调，传统缝合线无法干预这些过程，导致术后感染、愈合延迟等并发症频发。虽然功能性敷料、电子贴片等智能治疗设备已取得显著进展，但微米尺度的缝合线在集成多功能时面临巨大技术挑战——如何在保持缝合性能的同时融入治疗功能？

针对这一难题，东华大学与上海交通大学医学院的研究团队在《Nature Communications》发表了一项突破性研究，开发出具有自主能量转换能力的智能缝合线。这种名为“可生物吸收体耦合电疗缝合线”（BET-suture）的创新设备，能够利用人体耦合的环境电磁能，实现对伤口愈合全过程的物理调控。该设计巧妙规避了化学抗菌剂引发的耐药性和细胞毒性问题，为术后伤口管理提供了全新解决方案。

关键技术方法包括：采用改性湿法纺丝技术制备钼丝为芯、PLGA/Ag NPs复合介质为鞘层的初级纤维，通过加捻工艺调控缝合线机械性能；利用电化学工作站和有限元分析（COMSOL）验证电刺激机制；通过细菌活死染色、ROS检测和ELISA等技术评估抗菌及免疫调节功能；建立大鼠肌肉伤口模型进行体内疗效验证，样本来源于斯普雷格-杜利大鼠（n≥6）。

2.1 设计原理与结构特性

研究团队设计出核鞘结构的可吸收纤维，以钼丝为导电核心，PLGA/Ag NPs复合介质为绝缘鞘层。这种结构使缝合线在植入后能通过体耦合效应捕获环境电磁能，在伤口处形成0.75-5 V/mm的有效电刺激场。力学测试显示其断裂强度达1.52 GPa，弯曲刚度与商业缝合线相当，满足临床缝合需求。

2.2 电刺激机制验证

通过等效电路分析和实时电压监测，研究发现BET-suture能产生5.04 V的切口电位差（V_incision）。介电层中0.5 wt%的Ag NPs添加量可实现最佳电容特性，过高的Ag NPs含量会形成导电通路削弱介电性能。有限元模拟证实缝合线能在伤口周围形成均匀电场分布。

(Vp)of Vincisionwith different Ag NPs contents. σd,conductivity of BET-suture's dielectric layer. n= 3 independent samples.(e) Relative permittivity and leakage current density of dielectric layer with different Ag NPs contents. n=3 independent samples.(f) Finite element simulation of E-field strength generated by BET-suture at incision site. The spiral line represents BET-suture and the rectangle represents incision. Vp of Vincision(g) at different distances from the transmitter and(h) at different sites. n'>

2.3 电容抗菌效应

介电层极化后电荷存储密度达5.07 μC/cm²，能通过诱导细菌内活性氧（ROS）爆发实现物理抗菌。实验显示对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率分别达76.1%和79.7%，显著高于无Ag NPs组。同时促进巨噬细胞由M1型向M2型转化，下调TNF-α、IL-1β等促炎因子表达。

2.4 电刺激阈值与信号通路

研究发现0.75 V/mm为激活钙离子（Ca²⁺）内流的最低有效阈值，超过5 V/mm则抑制细胞迁移。Western blot结果显示电刺激能显著增强PI3K、AKT、ERK磷酸化水平，上调细胞周期蛋白CCND1和p-CDC2表达，通过PI3K/MAPK信号通路促进成纤维细胞增殖。

2.5 体内愈合效果评估

大鼠肌肉伤口模型显示，BET-suture组7天后伤口愈合率显著优于对照组，胶原沉积规整且血管生成标记CD31表达增强。免疫组化证实生长因子（EGF、TGF-β、VEGF-A）分泌增加，促炎因子水平下降，表明伤口快速进入增殖-重塑期。

该研究首次实现了通过单一缝合线设备对伤口愈合全过程的物理调控。BET-suture的创新性在于将环境能量采集、电刺激治疗和物理抗菌功能集成于可吸收材料中，避免了传统化学疗法的副作用。其无线工作模式适应静态和动态治疗场景，降解特性免除二次手术取出，在降低医疗资源消耗的同时提升患者舒适度。研究不仅提供了新型智能缝合线设计方案，更开创了“体耦合能量医疗”新方向，为未来开发自供能植入式医疗设备奠定了理论基础和技术范式。