近日美国食品与药品监督管理局（FDA）批准全新“人造皮肤”产品：StrataGraft，用于成人烧烫伤患者皮肤移植。
对于烧烫患者而言，常见治疗方式是去除损坏皮肤，然后摘取健康皮肤移植。然而皮肤移植手术随时可能有感染风险，且取得健康皮肤也造成新伤口。
烧伤患者的福音：人造皮肤
StrataGraftr人造皮肤产品由真皮成纤维细胞和角质形成细胞组成，两种皮肤细胞共同生长，形成双层结构，提供活细胞支援机体自身愈合能力。使用人造皮肤产品后，患者自身皮肤细胞会逐渐取代烧烫伤损坏的皮肤细胞。
据3期临床试验统计，71名烧伤面积达3%~37%的患者，经StrataGraft治疗后，68人烧伤部位不需“拆东墙补西墙”皮肤移植，83%患者伤口闭合。不良反应方面，StrataGraft与常规的自体移植差异并不大，均会出现瘙痒、水泡、肥厚性疤痕和愈合受损症状。
由于StrataGraft在产品开发早期阶段使用动物细胞，因此有传播传染病或病原体风险。但临床研究过程未出现患者排斥反应，也没有患者因不良反应停止参与研究。
Mallinckrodt执行副总裁兼首席科学长Steven Romano接受采访时谈到：“帮助减少或消除自体移植需要的治疗进步非常必要。”
截肢患者的福音：电子皮肤
移植皮肤随着时间增长，血液循环及神经末梢会逐步建立，但如果表皮以下有较严重的神经坏死，即便是新皮肤，也可能会没有触觉。当我们无法透过医学手段恢复触觉，那能否透过在人造皮加一层超薄感测器，模拟真实触感并传回大脑？
更甚者，能否利用“人造电子皮肤”覆盖截肢患者的义肢，让义肢也有触觉、压力、温度等感官？
2020年科学家鲍哲南在腾讯WE大会说：“我一生最美好的记忆，是当我把小孩抱在怀中，轻轻抚摸他柔软的小手和小脸时。如果妈妈不能抚摸孩子，或做饭时被烫伤也没感觉，你可以想像吗？这就是装义肢、没有感觉的病人每天经历的。”
让电子皮肤变成现实，已成为鲍哲南等科学家一致的梦想。鲍哲南介绍，“电子皮肤” 需要解决三大重要问题：
- 电子材料必须像皮肤柔软，可拉伸甚至自修复、生物降解。
- 能真正感觉不同物体。
- 电子皮肤讯号能被大脑辨识。
从材料角度讲，需透过分子设计得到不同材料。分子由原子组成，当分子排列成不同序列时，便带来不同性能，如拥有金属性能，或有可拉伸性。但如果分子材料质地刚硬，当人在运动时，会感到束缚，或发生化学键断裂，导致电子器件无法工作。
鲍哲南团队提出用可自行修复化学键的新型材料，即使化学键断裂，也会自行重新修复，具备可拉伸性和自修复性，甚至生物降解。材料问题解决后，第二步需将这些材料做成灵敏的感测器，辨识压力、形状和温度。既需要有灵敏度，也要分辨外界讯号。
“早期团队开发可测压力的金字塔型感测器。当感测器塔尖受压时，塔尖变形使讯号改变；压力增加时，塔底变形使讯号改变加大，这样就可测出不同压力。”
除了分辨压力，电子皮肤还要能辨别形状。压力感测器加一层可变形的薄膜，就能检测变形，分辨是草莓还是苹果。鲍哲南团队还开发温度感测器，当温度升高，材料会膨胀使金属颗粒分开，让导电力发生变化。
最后一步是让“电子皮肤”讯号被大脑辨识。
“人类大脑接受皮肤来的讯号，是电脉冲讯号，所以人造皮肤也必须能把感测器讯号变成脉冲讯号。”有讯号后还需与神经相连，透过神经传到大脑。“所以人造皮肤必须非常柔软，必须不伤到神经或大脑。”
研究已取得实质性进展。鲍哲南团队把材料植入小鼠身体，小鼠仍可正常生活，证明“人造皮肤”确实和生物体相容。虽然要真正用到人身上还需要一段时间，但证实“人造皮肤”理念可行。鲍哲南说：“我们现在已有一系列材料和电子元件，证实人造皮肤可行。”
“电子皮肤”下一站：智慧义肢
电子皮肤本质上是重建人的触觉。那残障人士能否安装“智慧义手、义腿”，让义肢除了拥有触觉，还能做抓取等动作？
目前可部分实现的是，透过机械手安装AI摄影镜头等设备，人发出指令后（如智慧音箱语音指令），智慧义肢的摄影镜头会透过辨识目标对象，然后进行简单的指定性操作。但这方式并不自然，更像人操作工具，而不是让工具成为人的一部分，用大脑意念便可控制和感受，与真手一样。
要走到这步，涉及极复杂的双向脑机接口技术。假设大脑要让机械手做“开门”非常简单的动作，可分解为用手抓住门把手，然后旋转。首先需要脑机接口，接收大脑“开门”讯号，并变成无线电讯号，传到机械手。机械手也要将握著门把手的压力讯号，以及旋转时把手松紧、肌肉控制的感觉，传回到大脑。
不仅要把机械手接受的训号传给大脑，同时要采集大脑的“指挥”讯号控制目标物体。实现大脑与“机械手＋物体”双向通讯。
这要让大脑讯号和回馈匹配精确。机械手握门把的力度与大脑感觉、真手一致，否则可能只是人脑感觉已经把门抓得很紧了，但一转动机械手就松开了。
以更难控制力度的“抓鸡蛋”为例。原理大致为手指感测器测量到压力后，传到大脑感知皮层电极，大脑处理好后，再透过运动皮层电极传回，以此控制手部肌肉抓鸡蛋。一开始感测器力度和手真正抓的力度若不一致，鸡蛋可能抓不紧或捏碎，接下来需利用AI提升感测器的准确度和精度。
目前来说，用双向脑机接口的形式，让义肢和真肢一样可感可控还为时尚早。但透过指令，以操控工具形式去控制义肢的时代，即将到来。
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（本文由 雷锋网 授权转载：首图来源：shutterstock）
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