東華大學侯成義研究員《自然·通訊》：新型可吸收縫合線問世：利用身體環境能量加速傷口愈合

在臨床手術中，縫合線是閉合傷口、促進愈合的關鍵醫療器械。然而，傳統縫合線大多僅具備機械閉合功能，缺乏主動調節愈合過程的能力。盡管智能凝膠、電子貼片等先進敷料已在傷口治療中取得突破，但由于縫合線尺寸微小，在其上集成多功能同時保持可縫合性與力學性能，一直是領域內面臨的重大挑戰。長期以來，從化學抗菌縫線到物理電刺激縫線的演進，始終難以實現如其他智能治療設備般的全面傷口管理。

近期，東華大學侯成義研究員、上海交通大學附屬第六人民醫院王慧教授、李林鵬老師合作開發出一種可吸收的身體耦合電療縫合線，為術后傷口管理帶來了全新解決方案。該縫合線結合了高強度、柔韌性與可降解性，能夠通過轉換人體在日常環境中耦合的電磁能量，在傷口部位產生協同電療作用：介電極化加速抗菌抗炎，介電電壓差則促進愈合因子表達。這種全物理方法降低了對銀納米顆粒的依賴，在體外和體內實驗中展現出穩定的性能，愈合效率相比單功能縫合線提高1.43倍以上，并有效減少了術后感染。相關論文以“A bioabsorbable body-coupling-electrotherapy suture”為題，發表在

Nature Communications

研究團隊首先通過設計核心為鉬絲、鞘層為聚乳酸-羥基乙酸共聚物復合銀納米顆粒的芯鞘纖維，并經過加捻制備出最終的BET縫合線。該縫線不僅直徑適中（約201微米），具備優異的拉伸強度（1.52 GPa）和柔韌性（彎曲剛度2.84 cN·cm2/cm），其生物相容性與可吸收性也得到了驗證——降解過程中銀納米顆粒釋放量遠低于安全閾值，且降解產物對細胞無顯著毒性。

圖1 | 可吸收身體耦合電療縫合線的設計與原理。 a. BET縫合線促進組織修復過程示意圖。縫合線感知并儲存來自身體耦合環境的電磁能量，在傷口部位產生電場以執行修復功能。主要作用包括：加速成纖維細胞遷移和增殖、抑制細菌生長；促進血管生成、下調免疫細胞活性、改善組織重塑。b. BET縫合線的光學照片。比例尺：2 cm。c. 初級纖維（左）和BET縫合線（右）的SEM圖像。比例尺：60 μm。n = 3個獨立樣本。d. 不同類型縫合線的彎曲剛度。n = 3個獨立樣本。e. 縫合線技術的發展脈絡——從抗菌化學縫合線到自供電電刺激縫合線，再到當前使用的身體耦合電療縫合線。

在作用機制方面，植入體內的縫合線能夠耦合周圍環境中的電磁能，并通過其介電鞘層儲存電荷、形成介電電壓差，從而在傷口處建立內源性電場，實現電刺激。研究發現，當銀納米顆粒添加量為0.5 wt%時，介電性能最佳，所產生的切口處電勢差峰值可達5.04 V，能夠在傷口區域形成0.75-5 V/mm的有效電場，促進細胞行為。

圖2 | 基于介電電壓差的電刺激機制。 a. 組織-縫合線電勢差形成及銀納米顆粒含量對介電層影響的示意圖。適量銀納米顆粒增強介電性能，過量添加則會形成導電通路。εd：BET縫合線鞘層的相對介電常數。b. BET縫合線通過身體耦合電磁能實施電刺激的等效電路圖。Cb：身體耦合電容；Cd：BET縫合線介電層電容；Cp：身體與大地之間的寄生電容；Vincision：身體與BET縫合線核心層之間的電勢差。c. 無線電刺激過程中Vincision、Vb和Vd的實時測量結果。Vb：身體耦合電磁能的開路電壓；Vd：BET縫合線核心層的開路電壓。d. 不同銀納米顆粒含量下Vincision的峰值電壓（Vp）。σd：BET縫合線介電層的電導率。n = 3個獨立樣本。e. 不同銀納米顆粒含量下介電層的相對介電常數與漏電流密度。n = 3個獨立樣本。f. BET縫合線在切口部位產生電場強度的有限元模擬。螺旋線代表BET縫合線，矩形代表切口。g. 不同距離下Vincision的Vp。h. 不同部位下Vincision的Vp。n = 3個獨立樣本。

除電刺激外，該縫合線的鞘層在極化后能儲存大量電荷（最高5.07 μC/cm2），賦予其電容性抗菌能力。電荷干擾細菌電子傳遞，誘導活性氧爆發，從而有效抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌生長，抗菌效果顯著優于單純電場作用。同時，這種電荷介導的物理抗菌策略避免了過量銀納米顆粒可能帶來的生物毒性。

圖3 | 基于電容特性的電荷增強抗菌效應。 a. BET縫合線的抗菌機制示意圖。極化后的介電層激發細菌與縫合線表面之間的瞬時電子轉移。巨大的電子損失與銀納米顆粒的作用誘導細菌內活性氧爆發，實現抗菌性能。b. 測量介電層電荷存儲能力的實驗裝置示意圖。c. 儲存電荷與時間的關系。有效電壓5 Vrms，頻率50 Hz。d. 極化前后介電層表面電位的KPFM圖像。比例尺：30 μm。n = 3個獨立樣本。e. 經未通電BET縫合線、不含銀納米顆粒的通電BET縫合線、通電BET縫合線及0.1 mM H?O?處理后的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的活/死染色及ROS染色圖像。比例尺：50 μm。f. 活/死染色結果的定量分析。g. 處理細菌的ROS熒光強度。n = 3個獨立樣本。

進一步研究確定了電刺激的有效強度窗口：0.75 V/mm為激活細胞鈣離子內流、啟動修復行為的最低閾值，而超過5 V/mm則可能抑制細胞遷移甚至導致損傷。在有效刺激范圍內，電場可通過激活電壓門控鈣通道，進而上調PI3K/AKT和ERK信號通路磷酸化，促進細胞周期蛋白表達，加速成纖維細胞增殖、遷移及相關生長因子分泌。

圖4 | 電刺激強度閾值與細胞信號通路。 a. 將當前主流電刺激技術（包括i) 直接能量供給電刺激，ii) 超聲驅動電刺激，iii) 機電轉換電刺激）與本工作開發的iv) 無線電信刺激原理進行比較。b. BET縫合線施加不同強度電場的體外實驗裝置示意圖。中間插圖顯示了通過BET縫合線電極產生的電場分布的有限元模擬結果。c. 劃痕愈合實驗24小時后的顯微圖像及細胞增殖實驗72小時后的Ki67熒光染色圖像。比例尺：80 μm。n = 3個獨立樣本。d. 細胞內鈣離子探針相對熒光強度隨施加電刺激電壓的變化曲線。n = 3個獨立樣本。e. 成纖維細胞在0至140 mV施加電壓的電刺激作用后，活化的鈣離子熒光探針的代表性熒光圖像。比例尺：30 μm。n = 3個獨立樣本。Western blot檢測電刺激下成纖維細胞中f) PI3K、AKT和ERK的磷酸化水平，以及g) CCND1和p-CDC2相對于β-actin的相對表達量。n = 3個獨立樣本。

在動物模型中，BET縫合線展現出全面的愈合階段調控能力。術后第7天，縫合部位肌肉組織幾乎完全愈合，膠原沉積規整，炎癥浸潤輕微；免疫熒光顯示CD31標記的血管生成活躍，而α-SMA標記的肌成纖維細胞活化程度較低，提示修復已進入重塑階段。此外，傷口組織中促炎因子表達下調、抗炎因子及生長因子表達上調，進一步證實其能快速引導傷口度過炎癥期，進入增殖與重塑階段。

圖5 | 體內切口愈合效果評估。 a. BET縫合線基于電刺激和電容抗菌協同輔助體內切口修復的示意圖。b. 各組縫合第7天后切口及其周圍肌肉組織的光學照片。比例尺：2 cm。c. 各組切口及其周圍組織的H&E和Masson染色圖像。比例尺：500 μm。n = 6個獨立樣本。d. 縫合7天內連續監測的Vincision實時信號。e. 通過切片染色計算的各組傷口愈合率。f. 各組愈合組織的CD31免疫熒光染色圖像及其g) 定量分析。比例尺：200 μm。n = 6個獨立樣本。h. 切除組織的生長因子（EGF、TGF-β、VEGF-A）免疫組化染色結果定量分析。n = 5個獨立樣本。i. 縫合3天后傷口組織的細胞因子（TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-10）表達水平。n = 5個獨立樣本。

這項研究首次報道了一種集傷口固定、全階段愈合調控、可持續性與低能耗于一體的身體耦合電療縫合線。它不僅能通過無線能量轉換實現穩定電刺激，還兼具物理抗菌與免疫調節功能，在多種術后場景中均表現出優越的臨床潛力。未來，該技術有望推廣至更多組織與器官的傷口修復，推動智能外科縫合線的臨床轉化。