给大家介绍一篇发表在Science上的文章“Active biointegrated living electronics for managing inflammation”，文章的通讯作者是芝加哥大学的Bozhi Tian, Jiping Yue和罗格斯大学的Simiao Niu，他们的研究方向是生物医学材料及设备的开发。
可以与生物组织交互的电子设备对于疾病的诊断、检测和靶向治疗都非常重要，然而传统的电子设备由于与生物组织的机械和生物化学属性差异，两者间的界面并不连续，从而影响信号保真度。尽管水凝胶可以充当中间层来弥合这种差距，但其依然不能为组织调节提供必要的反馈。在本文中，作者发展了一种活性生物集成活体电子平台(active biointegrated living electronics, ABLE)，同时包含了生物化学、生物力学及生物电特性，可以通过电生理记录皮肤电阻抗、体温和湿度，并可以检测银屑病中的微生物驱动干预。作者希望ABLE平台可以为皮肤免疫调节提供必要的生物特性，所以在传统水凝胶生物电子设备的基础上，选择了人体皮肤菌群的皮肤共生细菌皮葡萄球菌作为生物界面的活体成分，将其包裹在水凝胶内，为ABLE提供了调节炎症和促进皮肤再生的能力。为了确保活体生物界面的功能，水凝胶基质必须支持细菌活力，所以作者使用蛋白质和多糖聚合物的双重网络创建了一种生物相容性水凝胶基质，并通过优化制成工艺延长了水凝胶基质内的细菌活力，细菌在其中可以存活至少四天，在冻干后可以在-80°C下保存30天，从而保证其工业化及分销潜力。同时，这种活性水凝胶同样表现出良好的生物电学和力学性质，可以支持电子设备对活体的状态进行检测。之后，作者将这一设备应用于银屑病小鼠模型，作者创建了一种无电池、无线柔性印刷电路板(flexible printed circuit board, FPCB)，其与ABLE结合可以实现无线能量收集和信号传输，通过检测皮肤电阻、湿度和温度等信息来实时反应银屑病进展情况，还能按需进行细菌消毒，将该设备用于银屑病模型的小鼠后发现其症状明显改善。最后，作者研究了ABLE如何调节炎症性皮肤细胞环境，皮损细胞因子分析表明IFN-γ和IL-17显著下调，它们在炎症细胞募集和调节角质形成细胞增生中起重要作用，此外，与牛皮癣进展相关的金黄色葡萄球菌的丰度也显著降低。作者认为可能是ABLE系统中含有的表皮葡萄球菌通过激活了宿主的免疫反应来对抗金黄色葡萄球菌，对于免疫反应重要的TLR2-KO小鼠在应用ABLE处理后没有产生与野生型小鼠相同的治疗效果同样印证了这一观点。总之，本文介绍了一种活性生物集成活体电子平台ABLE，在完成诊断、检测的常规生物电子设备的同时还可以对炎症相关的皮肤疾病进行调节，有望在未来大规模用于生物医用设备中。https://www.science.org/doi/10.1126/science.adl1102原文引用：DOI：10.1126/science.adl1102
目前评论：0