В 2023 году команда Гао преодолела первое препятствие на пути к достижению этой цели, показав, что разработанная ими интеллектуальная повязка может предоставлять данные о хронических ранах в режиме реального времени на животных моделях, а также ускорять процесс заживления за счет своевременного применения лекарств или электрических полей для стимуляции роста тканей.

Теперь Гао и его коллеги из Калифорнийского технологического института и Медицинской школы Кека университета Южной Калифорнии преодолели еще одно препятствие, продемонстрировав, что улучшенная версия их повязки, которую они назвали iCares, смогла непрерывно отбирать пробы жидкости, которую организм направляет в места ран в рамках воспалительной реакции, у 20 пациентов с хронические раны. Эти раны не смогли зажить ни из-за диабета, ни из-за плохого кровообращения; исследователи также изучили дополнительных пациентов до и после операции.

Умная повязка, оснащенная тремя различными микрофлюидными компонентами - миниатюрными модулями, которые направляют и иным образом управляют потоком жидкостей, - удаляет избыток влаги из ран, предоставляя данные о присутствующих биомаркерах в режиме реального времени.

"Наша инновационная микрофлюидика удаляет влагу из раны, что способствует заживлению. Они также следят за тем, чтобы образцы, анализируемые с помощью бинта, были свежими, а не смесью старой и новой жидкости. Чтобы получить точные измерения, нам нужно брать пробы только самой новой жидкости в месте раны", - говорит Гао, который также является исследователем Медицинского исследовательского института Heritage. "Таким образом, iCares может в режиме реального времени отслеживать важные биомаркеры воспаления и инфекции".

Действительно, в новой статье в журнале Science Translational Medicine Гао и его коллеги показывают, что умная повязка может обнаруживать такие молекулы, как оксид азота, индикатор воспаления; и перекись водорода, биомаркер инфекции; потенциально за один-три дня до того, как у пациентов появятся симптомы.

В качестве дальнейшего продвижения команда разработала алгоритм машинного обучения, который может успешно классифицировать раны пациентов и прогнозировать время заживления с уровнем точности, сравнимым с точностью опытного клинициста.

Повязка состоит из гибкой, биосовместимой полимерной ленты, которую можно напечатать на 3D-принтере по низкой цене. В него встроена наноинженерная матрица датчиков биомаркеров, которая является одноразовой для гигиенических целей. Система также включает в себя многоразовую печатную плату, которая выполняет обработку сигналов и беспроводную передачу данных на пользовательский интерфейс, такой как смартфон. Триада микрофлюидных модулей в iCares включает мембрану, которая всасывает раневую жидкость с поверхности раны, биоинспирированный компонент, который переносит жидкость через устройство на матрицу датчиков, где она анализируется, и микропиллярный модуль, который выводит отобранную жидкость за пределы повязки.