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2024-03-10資訊

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來源： iNature

監測體內平衡是獲得病理生理學見解治療患者的一個重要方面。準確、及時地評估深層組織內穩態失調通常需要昂貴的成像技術或侵入性活檢。

2024年3月7日， 清華大學王禾翎、美國西北大學John A. Rogers及華盛頓大學Chet W. Hammill共同通訊（劉佳琦，劉乃嘉，徐雅夢，武名政，張昊暉為本文共同第一作者） 在Science 線上發表題為「Bioresorbable shape-adaptive structures for ultrasonic monitoring of deep-tissue homeostasis」的研究論文，該研究介紹了一種生物可吸收的形狀自適應材料結構，可以使用常規超聲儀器即時監測深層組織穩態。

透過手術植入或註射器註射，將可生物吸收的小金屬盤收集在薄的pH響應水凝膠中，允許基於超聲的pH時空變化測量，用於胃腸道手術後吻合口泄漏的早期評估，並且在恢復期後其生物吸收消除了手術取出的需要。在小型和大型動物模型中的演示說明了監測小腸、胃和胰腺滲漏的能力。

體內平衡的破壞是疾病發病的一個核心特征。因此，監測相關解剖部位的體內平衡提供了必要的生理和病理資訊，對於在外部可觀察到的癥狀出現之前進行早期診斷至關重要。最近的工作已經證明了生物電子裝置在持續、無創地檢測與體內平衡相關的參數變化方面的潛力，包括血壓和血流、溫度、細胞外液pH、血糖、組織血氧測定和腦間質液。測量方式依賴於生理過程的光學、熱或射頻訊號。

生物組織中的衰減限制了這些機制在淺層深度的使用，有時達到厘米尺度，這不足以評估深層組織。監測深層組織內穩態的方法，如電腦斷層掃描(CT)、x射線成像或活檢，通常是昂貴的、侵入性的，並且與連續檢測不相容。在這種情況下，先進的超聲成像方法越來越引起人們的興趣，因為它們易於使用，廣泛可用，沒有放射線暴露，並且能夠在高空間分辨率(幾百微米)下探測到相當深度(10厘米或更多)。功能超聲成像的最新進展表明了在復雜環境中監測生理和微生物動力學的可能性。

生物可吸收形狀自適應超聲可讀材料結構(BioSUMs)用於即時監測深層組織的穩態（圖源自Science ）

該研究介紹了生物可吸收的形狀自適應結構，可以透過傳統的超聲成像技術快速、無創地測量深層組織的穩態。由穩態擾動引起的反應性水凝膠基質薄膜的膨脹導致生物可吸收金屬元素的稀疏集合之間的分離發生變化，這些金屬元素作為指示物，其位置可以透過超音波精確確定。這些元件的聲阻抗與周圍材料之間的巨大不匹配在超聲影像中產生高對比度，從而允許精確測量它們的分離，從而在淺層或深層位置測量周圍組織的局部物理或化學特性。一個設想的臨床場景是透過胃腸道手術後恢復期pH值的變化即時檢測吻合口漏，以便早期幹預。這些裝置可以存活一段時間，然後自然地進行生物吸收，從而消除了二次外科手術的需要。這一概念在小型和大型動物體內的演示驗證了為胃、小腸和胰腺滲漏量身客製的材料設計。

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