研究人员只需对皮肤进行几次电流刺激，就能在不使用任何药物的情况下阻止细菌感染。研究人员首次设计了一种利用不可察觉的电流来控制微生物的皮肤贴片。研究结果于 10 月 24 日发表在《设备》杂志上。

这篇论文的共同资深作者之一、芝加哥大学的田博志说： “这为无药物治疗开辟了令人兴奋的可能性，特别是对于皮肤感染和伤口愈合，抗生素耐药性细菌对这些疾病构成了严峻的挑战。”

科学家已经开始利用电来操纵哺乳动物细胞(包括人类细胞)，并在不使用药物的情况下治疗疾病。例如，起搏器可以通过用小电流刺激心肌来调节心跳。视网膜假体是一种仿生眼，它也可以利用电来刺激患者的视网膜，以部分恢复视力。

田和他的团队想知道他们是否能用电来代替抗生素来操控细菌，而抗生素是导致全球抗生素耐药性危机的传统方法。由于人类和牲畜过度使用抗生素，许多微生物已经进化并对现有药物产生耐药性，随着时间的推移，这些药物的疗效逐渐降低。

先前的研究估计，耐药性感染可能导致2019年全球约127万人死亡。

研究小组着手测试人类皮肤上常见的细菌表皮葡萄球菌是否会对电刺激作出反应。表皮葡萄球菌通常是无害的，甚至可以保护皮肤免受病原体的侵害。但当它通过伤口或医疗程序(如导管)进入人体时，会引起严重感染。最近，出现了三种对所有类别抗生素均有耐药性的表皮葡萄球菌菌株。

“由于葡萄球菌是我们皮肤上自然存在的微生物生态系统的一部分，我们不想消灭它，因为它们在我们的皮肤上完全消失可能会导致其他问题，”该论文的另一位共同资深作者、加州大学圣地亚哥分校的 Gürol Süel 说。

研究小组发现，小电流可以引起表皮葡萄球菌的反应，但只有在酸性环境中才有效。研究人员称这种特性为选择性兴奋性。健康人类皮肤呈弱酸性，但慢性伤口往往呈中性至碱性。

“细菌对电的反应还没有得到很好的研究，部分原因是我们不知道细菌在什么具体条件下会被激发，”第一作者、芝加哥大学的 Saehyun Kim 说道。“发现这种选择性兴奋性将有助于我们发现如何通过观察不同的条件来控制其他细菌物种。”

研究小组用 1.5 伏的弱电压刺激细菌，该电压明显低于 15 伏的极限，而 15 伏的电压对人类来说是不可察觉且安全的，每 10 分钟刺激 10 秒，持续 18 小时。在理想的酸性条件下，电处理可抑制 99% 的生物膜，生物膜是一簇阻碍药物并导致持续感染的细菌。当环境 pH 值为中性时，电处理没有效果。

进一步分析还显示，经过电刺激后，表皮葡萄球菌的几种基因表达下降，包括与抗生素耐药性和生物膜形成相关的基因。

为了通过在适当的条件下刺激表皮葡萄球菌来治疗皮肤伤口，该团队设计了一种皮肤贴片，称为生物电子局部抗菌刺激疗法(BLAST)。该贴片包含电极和水凝胶，可提供酸性环境。他们在接种了表皮葡萄球菌的猪皮上测试了该装置。

经过 18 小时的治疗周期后，研究小组发现，与未经处理的样本相比，生物膜覆盖率显著下降，表皮葡萄球菌细胞减少了近 10 倍。他们还在导管表面测试了该装置，并观察到了同样的抗菌效果。

田说，通过进一步研究检验这种治疗方法的安全性和有效性，科学家可以开发出一种带有无线电路的可穿戴贴片，无需药物即可控制感染。