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(duì)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(shí)可能帶來感染風(fēng)險(xiǎn)，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(zhǎng)，形成了雙層結(jié)構(gòu)，提供活細(xì)胞，支持機(jī)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(huì)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(yàn)統(tǒng)計(jì)，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(bǔ)西墻式”的皮膚移植，其中 83% 的患者實(shí)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(huì)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(dòng)物細(xì)胞，因此存在傳播傳染病或病原體的風(fēng)險(xiǎn)。但在臨床研究過程中，未出現(xiàn)患者對(duì) 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(shí)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。”
截肢患者的福音：電子皮膚
移植的皮膚，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，血液循環(huán)以及神經(jīng)末梢會(huì)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(huì)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(shí)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(huì)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(shí)候。如果媽媽不能撫摸她的孩子，或者在廚房做飯時(shí)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(shí)，已經(jīng)成為鮑哲南等科學(xué)家們一致的夢(mèng)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(hào)需要能夠被大腦識(shí)別。
從材料角度講，需要通過分子的設(shè)計(jì)，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(shí)，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(yùn)動(dòng)時(shí)，要么會(huì)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(duì)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(huì)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(shí)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(hào)。
“早期團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)可以測(cè)壓力的金字塔型傳感器。當(dāng)傳感器的塔尖受到壓力時(shí)，塔尖變形使得電信號(hào)改變;壓力加大時(shí)，塔底變形使得電信號(hào)的改變加大，這樣就可以測(cè)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(cè)出變形，從而分辨出是一個(gè)草莓還是一個(gè)蘋果。
鮑哲南團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了一個(gè)溫度傳感器，當(dāng)溫度升高的時(shí)候，該材料會(huì)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(hào)被大腦識(shí)別。
“人類大腦，所接受的從皮膚來的信號(hào)，是電的脈沖信號(hào)，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(hào)，改變成脈沖的信號(hào)。”
有了這個(gè)信號(hào)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(shí)質(zhì)性進(jìn)展。鮑哲南團(tuán)隊(duì)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(shí)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(shí)間，但已經(jīng)證實(shí)“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(shí)人造皮膚是可以做成的。”
“電子皮膚”下一站：智能假肢
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(shí)現(xiàn)的是，通過在機(jī)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(huì)通過識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，然后進(jìn)行簡(jiǎn)單的指定性操作。
但這類實(shí)現(xiàn)方式，并不自然，更像是人操作一個(gè)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(jī)接口技術(shù)。
假設(shè)大腦要讓機(jī)械手做“開門”這一看似非常簡(jiǎn)單的動(dòng)作，可分解為：用手抓住門把手，然后旋轉(zhuǎn)。
首先，需要腦機(jī)接口，接收到大腦“開門”的意念信號(hào)，并將其變成無線電信號(hào)，傳遞到機(jī)械手上。
另一方面，機(jī)械手也要將握著門把手的壓力信號(hào)，以及旋轉(zhuǎn)時(shí)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(jī)械手接受到的信號(hào)，傳輸給大腦，同時(shí)要采集大腦的“指揮”信號(hào)，來控制目標(biāo)物體。實(shí)現(xiàn)大腦與“機(jī)械手 + 物體”的雙向通信。
這需要讓大腦發(fā)出的信號(hào)和得到的反饋，匹配得尤為精確。讓機(jī)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(shí)際上，一轉(zhuǎn)動(dòng)后，機(jī)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(cè)量到壓力后，要把信號(hào)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(yùn)動(dòng)皮層電極，將信息傳出去，以這個(gè)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(jī)接口的形式，讓假肢變得和真肢一樣：可感、可控，還為時(shí)尚早。但通過指令，以操控工具的形式，去控制假肢的時(shí)代，即將到來。
