FDA 正式批准人造皮膚，「電子皮膚、智慧義肢」時代何時到來？

近日美國食品與藥品監督管理局（FDA）批准全新「人造皮膚」產品：StrataGraft，用於成人燒燙傷患者皮膚移植。

對於燒燙患者而言，常見治療方式是去除損壞皮膚，然後摘取健康皮膚移植。然而皮膚移植手術隨時可能有感染風險，且取得健康皮膚也造成新傷口。

StrataGraftr人造皮膚產品由真皮成纖維細胞和角質形成細胞組成，兩種皮膚細胞共同生長，形成雙層結構，提供活細胞支援機體自身癒合能力。使用人造皮膚產品後，患者自身皮膚細胞會逐漸取代燒燙傷損壞的皮膚細胞。

據3期臨床試驗統計，71名燒傷面積達3%~37%的患者，經StrataGraft治療後，68人燒傷部位不需「拆東牆補西牆」皮膚移植，83%患者傷口閉合。不良反應方面，StrataGraft與常規的自體移植差異並不大，均會出現瘙癢、水泡、肥厚性疤痕和癒合受損症狀。

由於StrataGraft在產品開發早期階段使用動物細胞，因此有傳播傳染病或病原體風險。但臨床研究過程未出現患者排斥反應，也沒有患者因不良反應停止參與研究。

Mallinckrodt執行副總裁兼首席科學長Steven Romano接受採訪時談到：「幫助減少或消除自體移植需要的治療進步非常必要。」

移植皮膚隨著時間增長，血液循環及神經末梢會逐步建立，但如果表皮以下有較嚴重的神經壞死，即便是新皮膚，也可能會沒有觸覺。當我們無法透過醫學手段恢復觸覺，那能否透過在人造皮加一層超薄感測器，模擬真實觸感並傳回大腦？

更甚者，能否利用「人造電子皮膚」覆蓋截肢患者的義肢，讓義肢也有觸覺、壓力、溫度等感官？

2020年科學家鮑哲南在騰訊WE大會說：「我一生最美好的記憶，是當我把小孩抱在懷中，輕輕撫摸他柔軟的小手和小臉時。如果媽媽不能撫摸孩子，或做飯時被燙傷也沒感覺，你可以想像嗎？這就是裝義肢、沒有感覺的病人每天經歷的。」

讓電子皮膚變成現實，已成為鮑哲南等科學家一致的夢想。鮑哲南介紹，「電子皮膚」需要解決三大重要問題：

從材料角度講，需透過分子設計得到不同材料。分子由原子組成，當分子排列成不同序列時，便帶來不同性能，如擁有金屬性能，或有可拉伸性。但如果分子材料質地剛硬，當人在運動時，會感到束縛，或發生化學鍵斷裂，導致電子器件無法工作。

鮑哲南團隊提出用可自行修復化學鍵的新型材料，即使化學鍵斷裂，也會自行重新修復，具備可拉伸性和自修復性，甚至生物降解。材料問題解決後，第二步需將這些材料做成靈敏的感測器，辨識壓力、形狀和溫度。既需要有靈敏度，也要分辨外界訊號。

「早期團隊開發可測壓力的金字塔型感測器。當感測器塔尖受壓時，塔尖變形使訊號改變；壓力增加時，塔底變形使訊號改變加大，這樣就可測出不同壓力。」

除了分辨壓力，電子皮膚還要能辨別形狀。壓力感測器加一層可變形的薄膜，就能檢測變形，分辨是草莓還是蘋果。鮑哲南團隊還開發溫度感測器，當溫度升高，材料會膨脹使金屬顆粒分開，讓導電力發生變化。

最後一步是讓「電子皮膚」訊號被大腦辨識。

「人類大腦接受皮膚來的訊號，是電脈衝訊號，所以人造皮膚也必須能把感測器訊號變成脈衝訊號。」有訊號後還需與神經相連，透過神經傳到大腦。「所以人造皮膚必須非常柔軟，必須不傷到神經或大腦。」

研究已取得實質性進展。鮑哲南團隊把材料植入小鼠身體，小鼠仍可正常生活，證明「人造皮膚」確實和生物體相容。雖然要真正用到人身上還需要一段時間，但證實「人造皮膚」理念可行。鮑哲南說：「我們現在已有一系列材料和電子元件，證實人造皮膚可行。」

電子皮膚本質上是重建人的觸覺。那殘障人士能否安裝「智慧義手、義腿」，讓義肢除了擁有觸覺，還能做抓取等動作？

目前可部分實現的是，透過機械手安裝AI攝影鏡頭等設備，人發出指令後（如智慧音箱語音指令），智慧義肢的攝影鏡頭會透過辨識目標對象，然後進行簡單的指定性操作。但這方式並不自然，更像人操作工具，而不是讓工具成為人的一部分，用大腦意念便可控制和感受，與真手一樣。

要走到這步，涉及極複雜的雙向腦機接口技術。假設大腦要讓機械手做「開門」非常簡單的動作，可分解為用手抓住門把手，然後旋轉。首先需要腦機接口，接收大腦「開門」訊號，並變成無線電訊號，傳到機械手。機械手也要將握著門把手的壓力訊號，以及旋轉時把手鬆緊、肌肉控制的感覺，傳回到大腦。

不僅要把機械手接受的訓號傳給大腦，同時要採集大腦的「指揮」訊號控制目標物體。實現大腦與「機械手＋物體」雙向通訊。

這要讓大腦訊號和回饋匹配精確。機械手握門把的力度與大腦感覺、真手一致，否則可能只是人腦感覺已經把門抓得很緊了，但一轉動機械手就鬆開了。

以更難控制力度的「抓雞蛋」為例。原理大致為手指感測器測量到壓力後，傳到大腦感知皮層電極，大腦處理好後，再透過運動皮層電極傳回，以此控制手部肌肉抓雞蛋。一開始感測器力度和手真正抓的力度若不一致，雞蛋可能抓不緊或捏碎，接下來需利用AI提升感測器的準確度和精度。

目前來說，用雙向腦機接口的形式，讓義肢和真肢一樣可感可控還為時尚早。但透過指令，以操控工具形式去控制義肢的時代，即將到來。

（本文由雷鋒網授權轉載：首圖來源：shutterstock）

從這裡可透過《Google 新聞》追蹤 TechNews

科技新知，時時更新