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| 本文作者： 老王 | 2021-06-20 14:41 |
近日，美國食品與藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)了全新“人造皮膚”產(chǎn)品：StrataGraft，用于成人熱燒傷患者的皮膚移植。
對于燒傷患者而言，常見的治療方式是去除損壞皮膚，然后摘取患者的健康皮膚，進(jìn)行移植。
然而，皮膚移植手術(shù)隨時可能帶來感染風(fēng)險，并在獲取健康皮膚的部位造成新的傷口。
燒傷患者的福音：人造皮膚
StrataGraftr人造皮膚產(chǎn)品，由真皮成纖維細(xì)胞和角質(zhì)形成細(xì)胞組成，兩種皮膚細(xì)胞共同生長，形成了雙層結(jié)構(gòu)，提供活細(xì)胞，支持機體自身的愈合能力。
使用人造皮膚產(chǎn)品后，患者自身的皮膚細(xì)胞，會逐漸取代因燒傷而損壞的皮膚細(xì)胞。
根據(jù)3期臨床試驗統(tǒng)計，71名燒傷面積達(dá)3%-37%的患者，經(jīng)StrataGraft治療后，68人的燒傷部位，不需要“拆東墻補西墻式”的皮膚移植，其中83%的患者實現(xiàn)了持久的傷口閉合。
在不良反應(yīng)方面，StrataGraft與常規(guī)的自體移植方法，表現(xiàn)差異并不大，均會出現(xiàn)常見的瘙癢、水泡、肥厚性疤痕和愈合受損癥狀。
由于StrataGraft在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段使用了動物細(xì)胞，因此存在傳播傳染病或病原體的風(fēng)險。但在臨床研究過程中，未出現(xiàn)患者對StrataGraft產(chǎn)生排斥反應(yīng)的情況，也沒有患者因不良反應(yīng)而停止參與研究。
Mallinckrodt執(zhí)行副總裁兼首席科學(xué)官Steven Romano，此前在接受采訪時談到：“幫助減少或消除自體移植需要的治療進(jìn)步是非常必要的。”
移植的皮膚，隨著時間的增長，血液循環(huán)以及神經(jīng)末梢會逐步建立，但如果表皮以下皮膚出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的神經(jīng)壞死，即便是移植而來的新皮膚，也可能會沒有觸覺。
當(dāng)我們無法通過醫(yī)學(xué)手段，恢復(fù)觸覺，那能否通過在人造皮膚上覆蓋一層超薄傳感器，讓其模擬真實觸感，并反饋到大腦？
更甚者，能否利用“人造電子皮膚”，覆蓋在截肢患者的假肢上，從而讓患者的假肢擁有觸覺、壓力、溫度等感知能力。
2020年，知名科學(xué)家鮑哲南院士在騰訊WE大會上講到：“我一生中最美好的記憶是，當(dāng)我把我的小孩抱在懷中，輕輕撫摸他柔軟的小手和小臉的時候。如果媽媽不能撫摸她的孩子，或者在廚房做飯時被燙傷也沒感覺，你可以想象嗎？這就是戴著假肢、沒有感覺的病人每天所經(jīng)歷的。”
讓電子皮膚變?yōu)楝F(xiàn)實，已經(jīng)成為鮑哲南等科學(xué)家們一致的夢想。
鮑哲南介紹到，“電子皮膚” 需要解決三大最重要的問題：
第一，電子材料必須像皮膚一樣的柔軟，可以拉伸甚至自修復(fù)、生物降解；
第二，能夠真正感受到不同的物體；
第三，電子皮膚的信號需要能夠被大腦識別。
從材料角度講，需要通過分子的設(shè)計，得到不同的材料。
分子由原子組成，當(dāng)分子排列成不同的序列時，便帶來了不同的性能，比如擁有金屬性能，或者具有可拉伸性。
但如果這些分子所做成的材料質(zhì)地剛硬，當(dāng)人在運動時，要么會束縛，要么則發(fā)生化學(xué)鍵斷裂，導(dǎo)致電子器件無法工作。
因此，鮑哲南團(tuán)隊提出用可以自行修復(fù)化學(xué)鍵的新型材料，即使化學(xué)鍵斷裂，也會自行重新修復(fù)，讓其具備可拉伸性和自修復(fù)性，甚至有生物降解的性能。
材料問題解決后，第二步需將這些材料，做成靈敏的傳感器，識別壓力、形狀和溫度。
它既需要有靈敏度，也需要可以分辨外界不同的信號。
“早期團(tuán)隊開發(fā)了一個可以測壓力的金字塔型傳感器。當(dāng)傳感器的塔尖受到壓力時，塔尖變形使得電信號改變；壓力加大時，塔底變形使得電信號的改變加大，這樣就可以測出不同的壓力。”
除了分辨壓力外，電子皮膚還要能辨別形狀。在壓力傳感器上，加一層可以變形的薄膜，就可以檢測出變形，從而分辨出是一個草莓還是一個蘋果。
鮑哲南團(tuán)隊還開發(fā)了一個溫度傳感器，當(dāng)溫度升高的時候，該材料會膨脹使金屬顆粒分開，從而讓導(dǎo)電力發(fā)生變化。
最后一步是讓 “電子皮膚” 的信號被大腦識別。
“人類大腦，所接受的從皮膚來的信號，是電的脈沖信號，所以我們所做的人造皮膚，也必須能夠把傳感器所得到的信號，改變成脈沖的信號。”
有了這個信號之后，還需要把它與神經(jīng)相連，通過神經(jīng)傳輸?shù)酱竽X。“所以人造皮膚必須非常柔軟，必須不傷害到我們的神經(jīng)或者大腦。” 鮑哲南講述到。
該研究已經(jīng)取得了實質(zhì)性進(jìn)展。鮑哲南團(tuán)隊把材料植入小老鼠的身體，小老鼠仍可以正常地生活，這證明 “人造皮膚” 確實可以和生物體系相容。
雖然要真正用到人的身上還需要一段時間，但已經(jīng)證實 “人造皮膚” 理念的可行性。
鮑哲南說：“我們現(xiàn)在已經(jīng)有一系列的材料和電子器件，使得我們可以證實人造皮膚是可以做成的。”
電子皮膚，本質(zhì)上是，重建人的觸覺。
那么殘疾人，能否安裝“智能假手、假腿”，讓其假肢，除了擁有觸覺外，還能進(jìn)行抓取等操作行為？
目前可部分實現(xiàn)的是，通過在機械手上安裝AI攝像頭等傳感設(shè)備，在人發(fā)出指令后（如類似于智能音箱的語音指令），智能假肢上的攝像頭，會通過識別目標(biāo)對象，然后進(jìn)行簡單的指定性操作。
但這類實現(xiàn)方式，并不自然，更像是人操作一個工具，而不是讓工具融為人的一部分，用大腦的意念便可控制和感受，與真肢一樣。
要走到這一步，則涉及到極其復(fù)雜的雙向腦機接口技術(shù)。
假設(shè)大腦要讓機械手做“開門”這一看似非常簡單的動作，可分解為：用手抓住門把手，然后旋轉(zhuǎn)。
首先，需要腦機接口，接收到大腦“開門”的意念信號，并將其變成無線電信號，傳遞到機械手上。
另一方面，機械手也要將握著門把手的壓力信號，以及旋轉(zhuǎn)時把手松緊、肌肉控制的感覺，傳回到大腦中。
也就是說，它不僅需要把機械手接受到的信號，傳輸給大腦，同時要采集大腦的“指揮”信號，來控制目標(biāo)物體。實現(xiàn)大腦與“機械手+物體”的雙向通信。
這需要讓大腦發(fā)出的信號和得到的反饋，匹配得尤為精確。讓機械手握門把手的力度，與大腦中形成的感覺和真手一致，否則發(fā)生的情況，可能是人腦中感覺自己已經(jīng)把門把手抓得很緊了，但實際上，一轉(zhuǎn)動后，機械手就滑手了。
以更難控制力度的“抓雞蛋”為例。
其原理大致為，手指的傳感器在測量到壓力后，要把信號傳遞到大腦中的感知皮層電極，在大腦處理好信息后，再通過運動皮層電極，將信息傳出去，以這個信息控制手部肌肉抓取雞蛋。
一開始，傳感器感知到的力度和手真正抓的力度若不一致，雞蛋要么抓不緊，要么被捏碎，而接下來的過程中，需要利用AI提升傳感器的準(zhǔn)確度和精度。
目前來說，用雙向腦機接口的形式，讓假肢變得和真肢一樣：可感、可控，還為時尚早。但通過指令，以操控工具的形式，去控制假肢的時代，即將到來。
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