Jahitan Listrik Percepat Proses Penyembuhan Luka

Sahabat.com - Jahitan bedah adalah serat kuat dan fleksibel yang digunakan untuk menutup luka akibat trauma atau operasi. Namun, apakah jahitan ini bisa melakukan lebih dari sekadar menutup luka? Bisakah mereka dirancang untuk mempercepat proses penyembuhan?

Tim peneliti yang dipimpin oleh Donghua University di Shanghai telah mengembangkan jahitan yang dapat menghasilkan listrik di lokasi luka. Mereka menunjukkan bahwa stimulasi listrik yang dihasilkan oleh jahitan ini dapat mempercepat penyembuhan luka otot pada tikus dan mengurangi risiko infeksi.

“Kelompok riset kami telah bekerja pada elektronik serat selama hampir 10 tahun dan telah mengembangkan serangkaian bahan serat baru dengan fungsi penyediaan energi, sensing, dan interaksi,” kata Chengyi Hou, salah satu pemimpin proyek. “Namun, ini adalah upaya pertama kami untuk menerapkan elektronik serat di bidang biomedis, karena kami percaya listrik yang dihasilkan oleh serat ini dapat memengaruhi organisme hidup dan memengaruhi bioelektrisitas mereka.”

Ide dasar dari jahitan ini adalah menghasilkan listrik melalui mekanisme triboelektrik, di mana pergerakan yang disebabkan oleh kontraksi dan relaksasi otot menghasilkan medan listrik di lokasi luka. Stimulasi listrik yang dihasilkan diharapkan dapat mempercepat perbaikan luka dengan mendorong proliferasi sel dan migrasi ke area yang terpengaruh. Selain itu, penting bahwa bahan jahitan tersebut biokompatibel dan terurai secara hayati, sehingga tidak perlu pengangkatan jahitan bedah.

Untuk memenuhi kebutuhan ini, Hou dan rekan-rekannya menciptakan jahitan stimulator listrik yang dapat terurai (BioES-suture). BioES-suture terbuat dari elektroda filamen magnesium (Mg) yang dapat diserap, dilapisi dengan lapisan nanofiber PLGA (asam poli(laktat-ko-glikolat)) yang dapat diserap, dan dilapisi dengan selubung termoplastik biodegradable polycaprolactone (PCL).

Setelah BioES-suture digunakan untuk menjahit luka, setiap pergerakan jaringan yang terjadi menghasilkan kontak dan pemisahan berulang antara lapisan PLGA dan PCL. Ini menghasilkan medan listrik di lokasi luka, dan elektroda Mg kemudian mengumpulkan energi listrik ini untuk memberikan stimulasi dan meningkatkan penyembuhan luka.

Kompatibilitas Klinik

Para peneliti mengukur kekuatan BioES-suture dan menemukan bahwa kekuatan menjahitnya setara dengan jahitan komersial. Mereka juga menguji biokompatibilitasnya dengan menumbuhkan fibroblas (sel yang memainkan peran penting dalam penyembuhan luka) pada filamen Mg, Mg yang dilapisi PLGA, dan BioES-sutures. Setelah satu minggu, viabilitas sel-sel ini serupa dengan sel kontrol yang tumbuh di cawan petri standar.

Untuk memeriksa biodegradabilitas, para peneliti merendam BioES-suture dalam saline. Inti (rangkaian elektroda Mg dan nanofiber) sepenuhnya terurai dalam 14 hari (masa pemulihan otot). Lapisan PCL tetap utuh hingga 24 minggu, setelah itu, tidak ada BioES-suture yang terlihat.

Selanjutnya, para peneliti menyelidiki kemampuan jahitan untuk menghasilkan listrik. Mereka membungkus BioES-suture pada serat otot buatan dan meregangkannya di bawah air untuk mensimulasikan deformasi otot. Output listrik BioES-suture adalah 7,32 V di udara dan 8,71 V di air, cukup untuk menyalakan layar LCD.

Mereka juga memantau kapasitas pembangkit listrik BioES-suture secara in vivo, dengan menjahitnya ke otot kaki tikus. Selama aktivitas normal, output tegangan sekitar 2,3 V, menunjukkan bahwa BioES-suture dapat secara efektif mengubah gerakan tubuh alami menjadi impuls listrik yang stabil.

Kemampuan Penyembuhan

Untuk menilai kemampuan BioES-suture dalam mempromosikan penyembuhan luka, para peneliti pertama-tama memeriksa model luka in vitro. Luka yang menerima stimulasi listrik dari BioES-suture menunjukkan migrasi fibroblas yang lebih cepat dibandingkan kelompok kontrol yang tidak distimulasi, serta peningkatan proliferasi sel dan ekspresi faktor pertumbuhan. Luas luka asli sekitar 69% berkurang menjadi 10,8% setelah 24 jam terpapar BioES-sutures, dibandingkan dengan 32,6% untuk jahitan tradisional.

Tim juga menilai kemampuan antibakteri material dengan merendam jahitan standar, BioES-suture, dan BioES-suture yang memproduksi listrik dalam kultur S. aureus dan E. coli selama 24 jam. BioES-suture yang memproduksi listrik secara signifikan menghambat pertumbuhan bakteri dibandingkan dengan dua jahitan lainnya, menunjukkan bahwa stimulasi listrik ini dapat memberikan efek antimikroba selama penyembuhan luka.

Akhirnya, para peneliti mengevaluasi efek terapeutik secara in vivo, dengan menggunakan BioES-sutures untuk mengobati sayatan otot yang berdarah pada tikus. Dua kelompok tikus lainnya dirawat dengan jahitan bedah standar dan tanpa jahitan. Pengukuran elektromiografi (EMG) menunjukkan bahwa BioES-suture secara signifikan meningkatkan intensitas sinyal EMG, mengonfirmasi kemampuannya untuk menghasilkan listrik dari gerakan mekanis.

Setelah 10 hari, mereka memeriksa jaringan otot yang diekstraksi dari ketiga kelompok tikus. Dibandingkan dengan kelompok lainnya, BioES-suture meningkatkan migrasi jaringan dari tempat luka dan mempercepat regenerasi luka, mencapai penyembuhan hampir lengkap (96,5%). Pewarnaan jaringan menunjukkan sekresi faktor pertumbuhan kunci yang secara signifikan meningkat pada kelompok BioES-suture dibandingkan dengan kelompok lainnya.

Para peneliti menyarankan bahwa stimulasi listrik dari BioES-suture mempromosikan penyembuhan luka melalui mekanisme ganda: stimulasi meningkatkan sekresi faktor pertumbuhan di lokasi luka; faktor pertumbuhan ini kemudian mendorong migrasi sel, proliferasi, dan deposisi matriks ekstraseluler untuk mempercepat penyembuhan luka.

Pada luka terinfeksi pada tikus, jahitan dengan BioES-suture menghasilkan penyembuhan yang lebih baik dan jumlah bakteri yang secara signifikan lebih rendah dibandingkan luka yang dijahit dengan jahitan bedah biasa. Jumlah bakteri tetap rendah bahkan tanpa disinfeksi luka harian, menunjukkan bahwa BioES-suture berpotensi mengurangi infeksi pasca operasi.

Langkah selanjutnya adalah menguji potensi BioES-suture pada manusia. Tim kini telah memulai uji klinis, kata Hou kepada Physics World.