在节日电影《格林奇》中，据报道化妆师每天花费数小时用假体包裹吉姆·凯瑞的脸部，以创造那个标志性的脾气暴躁、毛茸茸的绿色生物。据德克萨斯农工大学的一项新研究，这种复杂的假体，通常由硅橡胶等材料制成，现在可能找到了一个意想不到但有益的生物医学工程应用。
该研究发表在《科学报告》杂志上，研究人员使用Ecoflex（一种硅橡胶）制作了逼真的皮肤复制品，这种材料有可能作为平台来评估静脉导管引起的细菌感染风险和测试可穿戴传感器等其他生物医学应用。研究发现，基于Ecoflex的皮肤复制品可以被设计成模仿实际皮肤的质地、湿润性和弹性，模拟细菌生长和附着的条件。
“我们认为这种材料在研究由于皮肤上自然存在的细菌而引起的插入部位感染方面具有巨大潜力。我们的目标是创建一种可以用现成材料购买成分制成的类皮肤材料。Ecoflex不仅易于使用，而且可以快速固化，无需额外步骤，非常方便。”德克萨斯农工大学生物医学工程系研究生、论文第一作者Majed Othman Althumayri说。
人类皮肤每平方厘米大约有一百万个细菌。其中最常见的是一种称为表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）的细菌，被认为是皮肤微生物组的典型居民。当皮肤有切口、破损或伤口时，感染往往会发生，使细菌进入血液。事实上，医院中相对常见的感染来自外科手术插入管子或导管。每年仅在重症监护病房就发生约80,000例与导管相关的血流感染，突显了其在美国公共卫生中的重要性。
“我们在寻找预防静脉导管感染的解决方案方面进展缓慢，”Althumayri说，“其中一个原因可能是我们缺乏良好的平台来测试新的导管设计或可穿戴生物传感器技术，以及培训工作人员以减少感染数量。”
为了解决这一缺口，研究人员转向了Ecoflex 00-35，这是一种快速固化的生物相容性橡胶，广泛应用于各种用途，包括特效假体。首先，他们创建了常见静脉插入部位的模具，如肘部、手和前臂。然后，通过将Ecoflex倒入含有模拟骨骼和血管的模具中，研究人员创造了类皮肤复制品。
接下来，研究人员测试了Ecoflex皮肤复制品是否具有与真实皮肤相似的特性。他们测量了复制品的湿润性、细菌附着性和机械性能，如弹性和恢复力。研究发现，Ecoflex模型可以将人类皮肤粗糙度的误差控制在7.5%以内。此外，高分辨率成像显示细菌可以附着在皮肤复制品上并生长。
在一项关键实验中，研究人员模拟了一个Ecoflex手部复制品中的静脉导管插入过程。这个人工手有效模拟了细菌生长的不同阶段，显示出这些复制品有望用于实施感染控制措施和改进导管等医疗设备的设计。
然而，研究人员指出，他们的当前实验尚未完全模拟现实条件。
“开发能够模仿人类皮肤的逼真皮肤模型是一个重要的初步步骤，”该研究的通讯作者、德克萨斯农工大学生物医学工程系助理教授Hatice Ceylan Koydemir博士说，“但我们认为，在未来实验中加入更多元素，如体液和其他临床上相关的情况，将进一步加强我们的发现，并进一步验证Ecoflex在医疗应用中的潜力。”
其他研究贡献者包括德克萨斯农工大学生物医学工程系研究生Azra Yaprak Tarman。
这项研究部分由美国国立卫生研究院下属的国家普通医学科学研究所、国防部海军研究办公室和美国国家科学基金会资助的PATHS-UP工程研究中心赞助。研究人员还得到了生物医学工程系、远程健康技术和系统中心、德克萨斯农工大学工程实验站、AggieFab纳米制造设施和软物质设施的额外支持。
来源：德克萨斯农工大学
期刊参考：Althumayri, M. O., et al. (2024). Bioinspired skin-like in vitro model for investigating catheter-related bloodstream infections. Scientific Reports. doi.org/10.1038/s41598-024-76652-y.
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