Методическая статья

Гибкий электромагнитный пластырь с помощью пластыря, усиленный для заживления ран полной толщины кожи у крыс

DOI:

10.3791/69605

⸱

27 февраля 2026 г.

 ,  ,  , 
1Wuxi School of Medicine, Jiangnan University, 2Engineering Research Center of the Ministry of Education for Wound Repair Technology, Jiangnan University, Affiliated Hospital of Jiangnan University

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Этот протокол демонстрирует метод создания круглых ран на коже всей толщины у крыс и улучшения их заживления с помощью гибкой медной катушки, создающей импульсное электромагнитное поле.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Хронические и крупные кожные раны представляют собой значительные клинические проблемы из-за задержки заживления и высокого риска инфекций. Импульсная электромагнитная терапия (PEMF) — это неинвазивный подход, способствующий восстановлению тканей. В этом исследовании описывается воспроизводимый протокол модели намотания крыс с использованием гибкого напечатанного медного катушечного пласта, соединённого с индивидуальным контроллером печатной платы для локализованной стимуляции PEMF на спинные раны полной толщины. Контралатеральная рана служила нелечённым контролем. Прогрессирование заживления оценивалось с помощью регулярной фотографии и измерения площади раны. Протокол предоставляет практичную, адаптивную систему для оценки и оптимизации терапии на основе PEMF in vivo при различных состояниях, с акцентом на локальное применение и корректировку параметров в регенеративной медицине. Выбор параметров основывался на ортогональном CCK-8 скрининге пролиферации фибробластов, который тестировал 0,25-1,3 мТ, 10-40 Гц и 30-90 мин/сутки; Анализ основного эффекта определил оптимальные уровни 1,3 мТ, 30 Гц и 60 мин/день, которые были приняты для тестирования in vivo .

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Хронические кожные раны (например, диабетические язвы) вызывают растущую проблему для здоровья, часто приводящие к захудлению заживления, инфекциям илиампутации 1. Традиционные методы лечения могут быть длительными и дорогими, что вызывает интерес к дополнительным терапиям, которые могут ускорить восстановлениетканей 2. Терапия электромагнитным полем — один из таких подходов, неинвазивный и продемонстрирующий эффект заживления как в доклинических, так и вклинических условиях 2,3,4,5 Импульсные электромагнитные поля (PEMF) в чрезвычайно низкочастотном диапазоне (~1–100 Гц) могут стимулировать клеточные процессы, важные для восстановления, включая ангиогенез и высвобождение факторов роста 2,6,7.

Например, воздействие PEMF значительно ускоряло закрывание ран у диабетиков и здоровых грызунов, повышая фактор роста фибробластов-2 (FGF-2) и увеличиваяангиогенез 8. Аналогично, в модели нарушенного заживления (например, у диабетических крыс) лечение PEMF показало улучшение скоростей заживления и увеличение прочности на растяжение новообразованнойткани 9. Клинически терапия PEMF была изучена у пациентов с хроническими ранами. Пилотное рандомизированное исследование у пациентов с диабетической язвой стопы сообщило об улучшении микроциркуляторного кровотока и тенденции к более быстрому закрыванию ран при воздействииPEMF 10. В целом PEMF также показал положительные эффекты на другие типы ран, например, улучшенное заживление было отмечено при ожогах с помощью импульсных магнитныхполей 11. Эти исследования в совокупности подчёркивают потенциал электромагнитной стимуляции как дополнительной терапии для ухода заранами 8,9,10,11.

По сравнению с традиционными проводными стимуляторами, магнитное действие устраняет необходимость в транскожных разъёмах и снижает риск аппаратных осложнений. Беспроводные магнитные системы добивались тканеспецифической стимуляции и в других контекстах, например, проводящий нервный проводник может генерировать индуцированные микротоки под переменным магнитным полем, при этом амплитуда тока косвенно определяется параметрами поля12. Магнитные стратегии также могут поддерживать васкуляризацию — критическое узкое место в заживлении кожи — поскольку статические или динамические магнитные поля, по отдельности или в сочетании с магниточувствительными биоматериалами, были показаны способностью модулировать эндотелиальное поведение и ангиогенную сигнализацию13. Эти прецеденты вдохновили нас на разработку носимого подхода: конформного, съемного пластыря, концентрирующего PEMF на рановом ложе, сохраняя при этом неинвазивность и внешнююпрограммируемость 12,13. В следующем протоколе мы подробно описываем шаги применения этой терапии PEMF в модели раны полной толщины крысы, включая применение устройства, схему стимуляции и оценку результатов.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Все процедуры на животных были одобрены Институциональным комитетом по уходу и использованию животных (IACUC) Университета Цзяннань (JN. No2025-0630S0360-915[408]). Мы реализовали протокол на самцах SD крыс (6-8 недель, примерно 200-250 г). До проведения экспериментов крыс содержались индивидуально с бесплатным доступом к еде и воде, поддерживались по 12-часовому циклу света и темноты в соответствии с Руководством по уходу и использованию лабораторных животных.

1. Создание полной толщины эксцизионных ран

  1. Подготовьте животное и хирургическое поле.
    1. Индуцировать анестезию с помощью 3-4% изофлурана в индукционной камере. После потери рефлекса выпрямления поддерживайте анестезию на уровне ~2% через носовой конус.
    2. Поместите крысу в положение лежа на стерильной хирургической поверхности. Побрить спинную грудную область (от лопаток до средней поясничной области, включая бока) с помощью электрических машинок.
    3. ПРИМЕЧАНИЕ: Удалите шерсть с площади не менее 5 × 5 см с каждой стороны средней линии, чтобы обеспечить чистый хирургический доступ и размещение спирали.
    4. Дезинфицируйте выбритое место 70% этанолом, затем раствор йодофора. Повторите этанол/йодную очистку три раза, завершив на йоде.
    5. Накройте хирургическое поле стерильной марлей, оставив открытыми только запланированные места раны.
  2. Создайте двусторонние полнотолщинные эксцизионные раны.
    1. Обведите два круга диаметром 2 см на спинных боках с помощью стерильного хирургического маркера, разместив по одному по обеим сторонам средней линии за передними конечностями.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Убедитесь, что оба круга одинаково расположены по размеру и расположены симметрично для сравнения внутри животных14,15.
    2. Отрежьте отмеченную круглую область кожи стерильными ножницами или скальпелем. Удалите эпидермис, дерму и карнозовую ткань, чтобы получить рану полной толщины (~3,14 см²).
    3. Достичь гемостаза, мягко надавливая стерильной марлей. Создайте идентичную рану диаметром 2 см на противоположном боку той же техникой.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Ложо раны должно состоять из открытой фасции или мышцы без остаточных дерм.
    4. Назначить послеоперационную анальгезию сразу после образования раны (например, лидокаин 4 мг/кг подкожно).
  3. Назначайте экспериментальные группы.
    1. Используйте внутренний дизайн, при котором одна рана получает обработку PEMF, а противоположная рана служит контролем.
    2. Включите отдельную когорту, получающую фиктивное устройство (идентичную непитаемую катушку) для контроля присутствия устройства.
    3. Поддерживайте необработанные или фиктивно обработанные органы контроля, чтобы отличать электромагнитные эффекты от эффектов обработки или перевязки.

2. Применение устройства PEMF

  1. Перевяжите рану и расстановите спираль.
    1. Положите стерильную тонкую марлю или полупроницаемую плёнку прямо на рану, предназначенную для лечения PEMF. Обеспечьте полное покрытие места раны.
    2. Разместите гибкий медный пластырь на перевязанной руне (рисунок 1). Центрируйте катушку так, чтобы она лежала под серединой спирали.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Диаметр спирали (~5 см) может выходить за пределы краёв намотания; убедитесь, что рана остаётся в зоне эффективного магнитного поля.
  2. Закрепите катушку.
    1. Закрепите катушку медицинской клейкой лентой, аккуратно обмотайте туловище. Поддерживайте тесный контакт между спирали и повязкой, не сжимая грудную клетку.
    2. При необходимости положите гибкую алюминиевую ленту поверх катушки для стабилизации позиции. Избегайте ограничения дыхания или местного кровотока.
    3. Проложите провода подальше от тела (например, к голове), чтобы предотвратить запутывание.
  3. Назначьте стимуляцию PEMF.
    1. Подключите катушку к контроллеру платы (рисунок 2) и активируйте устройство. Установите параметры стимуляции на частоте 30 Гц и силе магнитного поля ~1,3 мТ на 60 минут в день.
    2. Проводите сеансы стимуляции в одно и то же время каждый день (±1 час), чтобы поддерживать стабильные интервалы.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Эти параметры были выбраны на основе ортогонального скрининга CCK-8 (0,25-1,3 мТ, 10-40 Гц, 30-90 мин/сутки, Таблица 1), определяющего оптимальные 1,3 мТ, 30 Гц и 60 мин/сутки (Таблица 2).
    3. Положите идентичную неактивную спираль на контрольную рану на 1 час для имитации лечения. Чётко отметьте фиктивную спираль, чтобы избежать путаницы.
  4. Снимите устройство и осмотрите рану.
    1. Выключите контроллер через 60 минут. Аккуратно удалите спираль и клейкие материалы.
    2. Осмотрите рану на наличие кровотечений, отёка или побочных эффектов. При необходимости замените стерильную марлю.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Температура поверхности катушки при 1 часа стимуляции остаётся близкой к окружающей среде; Значительного нагрева не наблюдалось.
  5. Оказывайте помощь после лечения.
    1. Наденьте елизаветинский ошейник, чтобы предотвратить самотравмы. Обеспечьте правильную посадку, не нарушая дыхание и питание.
    2. Слегка обмотайте задние конечности марлей, чтобы уменьшить царапание спинных ран.
    3. Наблюдайте за крысой, пока она полностью не восстановится после наркоза. Продолжайте обезболивание (например, лидокаин 4 мг/кг каждые 12 часов в течение 2-3 дней или в соответствии с институциональным протоколом).
    4. Повторяйте ежедневные процедуры PEMF в течение исследования (например, 14 дней).

3. Мониторинг ран и сбор данных

  1. Сделайте снимки ран.
    1. Фотографировать ранения через 0, 3, 7, 10 и 14 дней после ранения. При необходимости слегка анестезируйте животных, чтобы предотвратить движение.
    2. Включайте шкалу измерения в каждое изображение и располагайте камеру перпендикулярно ране на фиксированномрасстоянии 14,15.
  2. Измерьте область раны.
    1. Калибруйте масштаб изображения в ImageJ с помощью эталонной линейки. Следить края раны для расчёта площади в мм².
    2. Записывайте область раны в каждую точку времени и рассчитывайте процент закрытия раны относительно исходного уровня.
    3. Сравните раны, обработанные PEMF и контролируемые с помощью PEMF, количественно.
  3. Сбор тканей для гистологии (по желанию).
    1. Усыпить животных на экспериментальной конечной точке согласно процедурам, одобренным IACUC.
    2. Исключить образцы ткани раны и закрепить в формалине для гистологической обработки.
    3. Проведите вложение и окрашивание парафином (например, H&E, трихром Массона) для оценки отложения коллагена, повторной эпителизации иангиогенеза 13,16.

4. Анализ и интерпретация данных

  1. Создайте кривые закрытия ран.
    1. Процент закрывания раны в течение времени для каждой группы.
    2. Рассчитайте скорость заживления и время до заранее определённых порог закрытия.
  2. Проведите статистический анализ.
    1. Соберите данные о площади раны для всех животных и вычислите среднее ± SD в каждой точке времени.
    2. Подтвердить нормальность (тест Шапиро-Уилка) и однородность дисперсии (тест Левина).
    3. Анализируйте различия с помощью двустороннего ANOVA с факторами «Лечение» и «Время». Проведите пост-хок тестирование Tukey, если обнаружено значительное взаимодействие.
    4. Определим статистическую значимость как *p < 0,05 и **p < 0,01.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В этой модели полной толщины раны у крысы ежедневная терапия PEMF с помощью гибкого катушкового пластыря приводила к значительно более быстрому закрытию раны по сравнению с контролем. Для тщательной оценки эффекта крысы были распределены на три группы на основе экспериментального дизайна, изложенного в разделе Протокола: внутрисубъектная контрольная группа (где у каждой крысы была одна рана, обработанная PEMF, и одна противоположная необработанная рана, данные собраны для анализа), фикти...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Критически важные этапы включают создание симметричных ран полной толщины, обеспечение того, чтобы пластырь катушки лежал ровно над стерильным барьером без щелей, а также поддержание постоянного ежедневного воздействия; Отклонения могут снизить доставку на поле и увеличить вариабельность результатов заживления.

У этой работы есть несколько ограничений, которые следует учитывать при интерпретации результатов и оценке трансляционного потенциала. Во-первых, прото...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов или финансовых интересов в продуктах или устройствах, используемых в этом исследовании. Описанное индивидуальное устройство PEMF предназначено для исследовательских целей и не является коммерчески связанным.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы благодарим доктора Чжана за содержательные беседы и доктора Фу за помощь в уходе за животными и гистологии. Эта работа была поддержана (2022YFC3006200) Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая. Авторы также выражают признательность сотрудникам ветеринарного центра Медицинской школы Уси при Университете Цзяннань за поддержку во время экспериментов in vivo .

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
96-ядровые клеточные культивные пластиныBaiDiH908002Для анализа CCK-8
АДГЕЗИОННЫЕ МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ СТЕКЛИ  CITOTESTOP/N.80312-3161Оборудование для   H& Окрашивание E/Masson
Анальгетик (инъекция гидрохлорида лидокаина)HUAMU70011657Опиоидный анальгетик, 4 мг/кг (для контроля боли)
Анестезиологический аппаратRWD Life Science (Шэньчжэнь, Канада)R520-Iso Испаритель изофлурана с подачей кислорода
Автоматизированная машина для иммуногистохимического окрашиванияLeica21.2201  автоматизированное иммуногистохимическое окрашивание 
Биопсионный пунш (20 мм)Integra Miltex#33-37Круглый кожный пунш, диаметр 2 см
Камера, цифроваяHuawei Mate 70 proН/Д≥ 12 МП для визуализации раны
Антитела к CD31Abcamab182981Эндотелиальный маркер ИГК (рисунок 4B)
Антитела к CD34Abcamab81289Эндотелиальный маркер ИГК (рисунок 4B)
Набор для подсчёта клеток-8 (CCK-8)BiosharpBS350BИспользуется для скрининга параметров PEMF in vitro (OD450)
Клетка для культуры (10 см)BaiDiH80200410 см (100 мм) контейнер для культуры тканей для фибробластной культуры 
Среда для клеточной культуры (например, DMEM + FBS)BaiDiL100-500Для культуры фибробластов в скрининге CCK-8
CO2-инкубаторТермоBB150-2TCS-LДля культуры фибробластов
Катушка, гибкая медьИзготовление на заказ (внутри компании)Н/ДСпиральная печатная спираль (диаметр 5 см, полиимид)
Плата контроллера (генератор PEMF)Индивидуальная конструкция (внутренний проект)Н/ДКастомная плата, катушка приводов на 30 Гц, ~1,3 мТ
Электрическая машинка для стрижки волосВаль или Остер (груминг питомцев)Модель 9160 Машинка для ухода за животными для бритья шерсти
Елизаветинский ошейник (грызун)MukeBioMK-EC-01Предотвращение помех при ранении
Станция встраиванияEpredia HistoStarA81000002Обработка для гистологии (если выполняется)
  Маска для лицаvedengV531596Поддерживайте анестезию
Фибробласты (клеточная линия L929)ПроцеллCL-0137Клетки, используемые для скрининга пролиферации CCK-8
Программное обеспечение для моделирования конечных элементов (например, COMSOL Multiphysics)COMSOLCM010004Моделирование магнитного поля (рисунок 5B-C)
Гибкая алюминиевая ленточная шинадорогой1592Поддержка для предотвращения смещения катушки
ЩипцыMajestic01625Для обработки кожи и повязок во время операции
Гематоксилин и Эозин (H& E) Автоматическое окрашивание и герметизацияDRS-Prisma-P+FILM61770249Расходник для рутинного гистологического окрашивания
Программное обеспечение для анализа изображенийНациональные институты здравоохраненияВерсия 1.54 Для измерения площади раны (например, ImageJ)
Программное обеспечение для анализа изображенийНациональные институты здравоохраненияВерсия 1.54Для измерения площади раны (например, ImageJ)
Индукционная камераRWD Life Science (Шэньчжэнь, Канада)802-00132-00Индукция анестезией изофлураном
Инфракрасная тепловизионная камераHIKMICROH11Температура поверхности катушки монитора (рисунок 5A)
Дезинфицирующее средство йод повидона 10%HYNAUTН/ДАнтисептик для кожи (йодофор)
ИзофлуранRWD Life Science (Шэньчжэнь, Канада)20037015Ингаляционный анестетик (USP класса)
Инъекция лидокаина 10%САНМАН/ДДля послеоперационной анальгезии
Трихромный набор для окрашивания МассонаBASOC250202Расходный материал для визуализации коллагена/ECM
Медицинский кожный маркер и линейкаТондаусН/ДВключайте масштаб в фотографии ран
Считыватель микропластинТермоA51119500CДля измерения OD450 в анализе CCK-8
МикротомEpredia HM 340E23900670Секционирование для гистологии/ИГК (если проводится)
Фиксатор полиформальдегида тканиПоделиться-биографияSB-C009Фиксация образцов тканей животных
Клетка для крысФэнцяоCP-JMСтандартная клетка для крыс для индивидуального содержания.
Крыса, Спраг Доули (самец, 6– 8 недель)Вэй Цзинъюй СУЧЖОУSCXK2024-0004200– 250 г; индивидуально проживание; Использование, одобренное IACUC
СкальпельЦзиньхуань35W0602Для создания эксцизионных ран
Полупроницаемая плёнкаZDQ20189Альтернативный барьер от раны
Программное обеспечение для статистического анализа (например, GraphPad Prism или R)Программное обеспечение Mackeiv10.6.9(890)Двусторонний ANOVA и пост-хок множественные сравнения
Стерильная марляZD3141626Перевязка/защитный барьер для ран.
Стерильные хирургические шторыZDV271617Чтобы покрыть хирургическое поле после подготовки кожи
Хирургические ножницыMajestic01627Для создания эксцизионных ран
Шприцы и иглыMINANK20193141643Для подкожного анальгетика
Сканер целого слайда3DHISTECHН/ДЦифровое сканирование слайдов

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Guo, S., Dipietro, L. A. Factors affecting wound healing. J Dent Res. 89 (3), 219-229 (2010).
  2. Pilla, A. A. Nonthermal electromagnetic fields: From first messenger to therapeutic applications. Electromagn Biol Med. 32 (2), 123-136 (2013).
  3. Gualdi, G., Costantini, E., Reale, M., Amerio, P. Wound repair and extremely low frequency-electromagnetic field: Insight from in vitro study and potential clinical application. Int J Mol Sci. 22 (9), 5037(2021).
  4. Su, D. B., Zhao, Z. X., Yin, D. C., Ye, Y. J. Promising application of pulsed electromagnetic fields on tissue repair and regeneration. Prog Biophys Mol Biol. 187, 36-50 (2024).
  5. Markov, M. S. Pulsed electromagnetic field therapy history, state of the art and future. Environmentalist. 27 (4), 465-475 (2007).
  6. Funk, R. H., Monsees, T., Ozkucur, N. Electromagnetic effects-from cell biology to medicine. Prog Histochem Cytochem. 43 (4), 177-264 (2009).
  7. Peng, L., et al. The effect of pulsed electromagnetic fields on angiogenesis. Bioelectromagnetics. 42 (3), 250-258 (2021).
  8. Callaghan, M. J., et al. Pulsed electromagnetic fields accelerate normal and diabetic wound healing by increasing endogenous FGF-2 release. Plast Reconstr Surg. 121 (1), 130-141 (2008).
  9. Goudarzi, I., Hajizadeh, S., Salmani, M. E., Abrari, K. Pulsed electromagnetic fields accelerate wound healing in the skin of diabetic rats. Bioelectromagnetics. 31 (4), 318-323 (2010).
  10. Kwan, R. L., et al. Pulsed electromagnetic field therapy promotes healing and microcirculation of chronic diabetic foot ulcers: A pilot study. Adv Skin Wound Care. 28 (5), 212-219 (2015).
  11. Tabakan, I., Yuvacı, A. U., Taştekin, B., Öcal, I., Pelit, A. The healing effect of pulsed magnetic field on burn wounds. Burns. 48 (3), 649-653 (2022).
  12. Liu, S., et al. Magnetic field-assisted conductive nerve guidance conduit enabling peripheral nerve regeneration with wireless electrical stimulation. Adv Funct Mater. 35 (34), 2416548(2025).
  13. Zhu, S., et al. Magnetically controlled strategies for enhanced tissue vascularization. Adv Funct Mater. 34 (34), 2401856(2024).
  14. Trujillo, A. N., Kesl, S. L., Sherwood, J., Wu, M., Gould, L. J. Demonstration of the rat ischemic skin wound model. J Vis Exp. (98), e52637(2015).
  15. Galiano, R. D., Michaels, J. T., Dobryansky, M., Levine, J. P., Gurtner, G. C. Quantitative and reproducible murine model of excisional wound healing. Wound Repair Regen. 12 (4), 485-492 (2004).
  16. Strauch, B., et al. Pulsed magnetic fields accelerate cutaneous wound healing in rats. Plast Reconstr Surg. 120 (2), 425-430 (2007).
  17. Lv, H., et al. Magnetic fields as a potential therapy for diabetic wounds based on animal experiments and clinical trials. Cell Prolif. 54 (3), e12982(2021).
  18. Yin, Y., et al. The effects of a pulsed electromagnetic field on the proliferation and osteogenic differentiation of human adipose-derived stem cells. Med Sci Monit. 24, 3274-3282 (2018).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

PEMFPEMF

Похожие статьи