香港中文大學工程學院張立教授、醫學院趙偉仁教授及陳啟楓教授領導的研究團隊最近研發了一種無線供電的電子支架，可利用電刺激預防及治療胃酸倒流。研究詳情已於國際著名學術期刊Science Advances發表，並將在《自然》旗下子刊Nature Reviews Bioengineering 2023年4月號中獲重點報道。
胃酸倒流 目前治療具風險
胃食管反流病，又稱胃酸倒流，是下食管括約肌功能失調或退化引起的胃腸道疾病，在全球十分普遍，而且難以治愈。常見症狀包括胃酸倒流和胸痛（常稱為胃灼熱），約8%的患者需要終生服藥，嚴重影響其身心健康。
除了藥物治療，通常會採用腹腔鏡胃底折疊術和磁環增強術等手術增強下食管括約肌的閉合。最新的植入式電刺激系統更可恢復下食管括約肌的正常功能，同時不影響吞嚥。
然而，上述方法都需要進行入侵性手術，具感染風險，沉重的手術費用和潛在風險亦阻礙植入式電刺激系統的廣泛應用。隨着全球胃酸倒流患病率的增加，有需要研發入侵性較低的電刺激系統，以減低入侵性手術的風險，並提高胃酸倒流患者對電刺激療法的接受程度。
無需進行入侵性手術植入裝置
研究團隊設計的無線供電電子支架克服了生物電子植入物的供電問題，為傳統需要通過入侵性手術進行的胃腸道原位診斷和治療提供了無創免手術的新方法，並以非入侵性方式經自然孔洞進行其他生物醫學應用。
電子支架由具彈性的醫用食管支架、液態金屬天線和可伸縮的柔性脈衝發電器組成。液態金屬具熔點低（15.4℃）和容易導電的特性，在體溫下能保持柔軟狀態，令液態金屬天線可以隨食道蠕動而變形。配合研究團隊設計的體外可穿戴式無線供能線圈，液態金屬天線可以穿透人體組織收集能量，為電子支架無線供電作電刺激治療用。
柔性脈衝發電器具高伸展能力及穩定的機械性能，在食道蠕動下亦可提供穩定的雙相電流刺激。為了進一步推進技術轉化，研究團隊還利用激光切割雕刻機大量製造可伸展的柔性電路，這不但提高了設計靈活性，亦大大增加了製造產能。
下一步 轉化為臨床產品
中大醫學院周毓浩創新醫學技術中心主任趙偉仁教授表示：「經口腔的腔內手術對胃腸道的入侵性較低，有助診斷和進行無創手術。是次研究提供了一個通過電刺激調節胃酸倒流的生物電子平台，並在活豬上進行實驗，證實電子支架可以提供持續電刺激，增加食道下括約肌的壓力，以入侵性較低的方式防止胃酸倒流。」
他表示，下一步將改進實驗室製造的原型，將之轉化為可用於臨床的產品。我們會繼續進行跨學科合作研究，以推動這項研究發展，讓更多人受益。」
數碼醫學 帶來變革性影響
機械與自動化工程學系張立教授指出：「於是次與醫學院的合作中，工程學院提出了電子支架平台和經口遞送的方案，以解決粘膜界面生物電子器械中的幾個主要挑戰，包括如何為體內生物電子裝置作無線供電，尤其是用於電刺激等耗電應用，以及如何設計微針電極，使其穿透粘膜（保護胃腸道的天然屏障），並提供高效和安全的電刺激。我非常感謝中大醫學院在合作過程中為團隊提供了很多建議，是這項研究成功的關鍵。」
周毓浩創新醫學技術中心研究助理教授陳啟楓教授指出：「數碼醫學對我們的日常生活產生了變革性影響，在臨床上有巨大的應用潛力，例如將電子支架結合壓力感應器或其他生物傳感器用於生理評估，以及將收集得的病理數據實時調整電刺激參數，為患者提供精準的個人化治療。此外，此平台的應用不僅限於治療胃酸倒流，還包括胃腸道其他部位或其他有自然孔洞的器官。」
研究團隊正緊密合作，致力將E-Stent電子支架結合其他新功能應用於胃腸道，並進一步進行臨床前實驗和臨床評估，將電子支架在臨床上應用。團隊展望日後將電子支架發展成為具影響力的非入侵性醫療系統，提供不同的生理評估、個人化治療及其他具高臨床價值的多元性功能。
