电刺激有助伤口愈合吗？

诸平

据美国俄亥俄州立大学（Ohio State University）2021年3月11日提供的消息，该校的一项新的研究表明，电可以帮助伤口愈合。俄亥俄州哥伦布市的新闻报导称，电刺激也许能够帮助血管将白细胞和氧气运送至伤口，从而加快愈合速度。这项研究于2020年12月9日已经在皇家化学学会（Royal Society of Chemistry）期刊《芯片实验室》（Lab on a Chip）杂志网站发表——Prashanth Mohana Sundaram, Kaushik K. Rangharajan, Ehsan Akbari, Tanner J. Hadick, Jonathan W. Song, Shaurya Prakash. Direct current electric field regulates endothelial permeability under physiologically relevant fluid forces in a microfluidic vessel bifurcation model. Lab on a Chip, 2021, 21(2), 319-330. DOI: 10.1039/D0LC00507J. First published 09 Dec 2020. https://doi.org/10.1039/D0LC00507J

此研究发现稳定的电刺激会增加血管的通透性，从而为新血管的生长方式提供新的见解。在流体流动的情况下，电刺激提供恒定的电压和伴随的电流。研究结果表明，刺激可以增加血管的通透性，这是一项重要的特征，可以帮助血液中的伤口愈合物质更有效地到达伤口。

该研究的通讯作者，俄亥俄州立大学机械与航空工程副教授肖亚·普拉卡什（Shaurya Prakash）说：“人们猜测，如果用电刺激血管，血管的生长会更好。” “而且我们发现我们血管模型中细胞的反应显示出显著的希望，可以改变血管的通透性，从而为我们正在进行的伤口愈合工作带来积极的成果。” 

血管对于伤口愈合至关重要：血管遍布全体，并携带营养、细胞和化学物质，可帮助控制因受伤而引起的炎症。氧气和白细胞（保护人体免受外来入侵者的侵害）是血管输送的两种关键成分。但是，当受伤时（例如，手指被割伤），伤口部位的血管结构将被破坏。这也中断了血管帮助伤口愈合的能力。作为愈合过程的一部分，血管几乎像树木的树枝一样自行生长，而无需外部电源。

肖亚·普拉卡什说：“随着血管开始生长，它们会补充皮肤和细胞，并再次建立愈合屏障。但是我们的问题是：您如何使这个过程更好，更快地进行？这样做有什么好处吗？”

他们在使用人细胞进行的实验室测试中发现，用电刺激血管显示血管通透性显著增加，这是暗示可能新血管生长的物理标记。

肖亚·普拉卡什说：“这些最初的发现令人兴奋，而下一阶段的工作将要求我们研究是否以及如何才能真正培养出新的血管。”

该论文的合著者，俄亥俄州立大学机械与航空工程副教授乔恩·宋（Jon Song）说，研究结果暗示，血管治愈伤口的主要方法之一是允许分子和细胞在血管壁上移动。

乔恩·宋说：“现在，我们对电刺激如何改变血管壁的通透性有了更好的了解。” “比方说，您有皮肤伤口，像剪纸一样，血管被切断，这就是血液渗漏的原因。您需要的是一堆血传细胞到达该位置并从血管中出来以启动伤口修复。” 

这项研究表明，血管通透性的变化可以使这些血源性细胞更快地到达伤口部位，尽管它没有解释这种情况发生的原因。该研究似乎表明，电影响了将血管细胞结合在一起的蛋白质，但这些结果尚无定论。 

这项研究是由肖亚·普拉卡什领导的一个更广泛的团队工作的延伸，该团队先前曾表明，电绷带可以帮助刺激受伤狗的愈合（electric bandages could help stimulate healing in wounded dogs）。这项工作表明，电刺激也可能有助于控制伤口部位的感染-研究人员还希望进一步研究这种现象。从事这项研究的其他研究人员，除了俄亥俄州立大学机械与航空航天工程系的研究人员之外，还有俄亥俄州立大学综合癌症中心的研究人员。这项工作是由美国国家心脏、肺和血液研究所，美国心脏协会以及美国国家癌症研究所资助的。上述介绍仅供参考，更多信息敬请注意浏览原文或者相关报道。

Abstract

Previous in vitro studies have reported on the use of direct current electric fields (DC-EFs) to regulate vascular endothelial permeability, which is important for tissue regeneration and wound healing. However, these studies have primarily used static 2D culture models that lack the fluid mechanical forces associated with blood flow experienced by endothelial cells (ECs) in vivo. Hence, the effect of DC-EF on ECs under physiologically relevant fluid forces is yet to be systematically evaluated. Using a 3D microfluidic model of a bifurcating vessel, we report the role of DC-EF on regulating endothelial permeability when co-applied with physiologically relevant fluid forces that arise at the vessel bifurcation. The application of a 70 V m−1 DC-EF simultaneously with 1 μL min−1 low perfusion rate (generating 3.8 dyn cm−2 stagnation pressure at the bifurcation point and 0.3 dyn cm−2 laminar shear stress in the branched vessel) increased the endothelial permeability 7-fold compared to the static control condition (i.e., without flow and DC-EF). When the perfusion rate was increased to 10 μL min−1 (generating 38 dyn cm−2 stagnation pressure at the bifurcation point and 3 dyn cm−2 laminar shear stress in the branched vessel) while maintaining the same electrical stimulation, a 4-fold increase in endothelial permeability compared to the static control was observed. The lower increase in endothelial permeability for the higher fluid forces but the same DC-EF suggests a competing role between fluid forces and the applied DC-EF. Moreover, the observed increase in endothelial permeability due to combined DC-EF and flow was transient and dependent on the Akt signalling pathway. Collectively, these findings provide significant new insights into how the endothelium serves as an electro-mechanical interface for regulating vessel permeability.