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華科大羅志強(qiáng)教授團(tuán)隊 Adv. Mater.: 電容耦合響應(yīng)水凝膠提供無線化電刺激促進(jìn)脊髓損傷組織再生
2024-01-14  來源：高分子科技

  電刺激在修復(fù)受損組織(包括神經(jīng)、肌肉、皮膚、骨骼、肌腱和韌帶)應(yīng)用中顯示出顯著的效果。特別是在神經(jīng)組織工程中，電刺激能夠有效地控制神經(jīng)干細(xì)胞增殖、遷移和分化相關(guān)的命運(yùn)。然而，現(xiàn)有的穿透組織和皮膚的導(dǎo)線供電方案具有感染風(fēng)險，并且需要在組織修復(fù)后進(jìn)行第二次手術(shù)以移除植入的電極，從而限制了這些電刺激技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用。因此，探索無線化在體電刺激技術(shù)是組織工程領(lǐng)域的迫切需求。


  華中科技大學(xué)羅志強(qiáng)教授團(tuán)隊與溫州醫(yī)科大學(xué)李校堃院士、王周光教授團(tuán)隊合作，開發(fā)了一種具有電容耦合無線發(fā)電能力的可生物降解導(dǎo)電水凝膠支架，并將其應(yīng)用于脊髓損傷修復(fù) (圖1)。該可生物降解導(dǎo)電支架由殼聚糖/明膠水凝膠摻雜導(dǎo)電黑磷納米片組成，電容耦合結(jié)構(gòu)由放置在脊髓損傷位點(diǎn)頂部柔軟絕緣金屬箔作為功率發(fā)送電極和植入在脊髓損傷位點(diǎn)的殼聚糖/明膠/黑磷導(dǎo)電水凝膠作為功率接收電極組成。當(dāng)施加可調(diào)節(jié)的外部高頻電場時，電容耦合效應(yīng)可以在水凝膠支架中產(chǎn)生可編程控制的交流電。這種在導(dǎo)電水凝膠中產(chǎn)生的交流電可以為組織工程應(yīng)用提供無線化在體原位電刺激。在大鼠脊髓損傷全橫斷模型中，植入的導(dǎo)電水凝膠支架結(jié)合電容耦合無線化電刺激功能可以促進(jìn)髓鞘再生、加速軸突再生、促進(jìn)內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞分化，從而促進(jìn)神經(jīng)組織修復(fù)和功能恢復(fù)。該研究結(jié)果表明，基于可生物降解導(dǎo)電水凝膠的電容耦合無線化電刺激技術(shù)在增強(qiáng)神經(jīng)再生和其他組織再生方面具有巨大的臨床轉(zhuǎn)化潛力。該工作以“Capacitive-coupling-responsive Hydrogel Scaffolds Offering Wireless in situ Electrical Stimulation Promotes Nerve Regeneration”為題發(fā)表在《Advanced Materials》上（Advanced Materials，2024，e2310483）。該研究得到國家自然科學(xué)基金支持。 


圖1. 電容耦合響應(yīng)水凝膠提供無線化在體電刺激促進(jìn)脊髓損傷組織再生


  該工作是羅志強(qiáng)教授團(tuán)隊近期關(guān)于神經(jīng)工程無線化電刺激技術(shù)相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。在神經(jīng)調(diào)控應(yīng)用研究中，團(tuán)隊開發(fā)了超聲無線驅(qū)動的柔性可植入發(fā)電器件（Nano Energy 86 (2021) 106123），探索了超聲驅(qū)動柔性可植入發(fā)電器件作為全植入無電池神經(jīng)電刺激器在大鼠迷走神經(jīng)刺激緩解敗血癥免疫反應(yīng)（Nano Energy 89 (2021) 106327）和大鼠腦深部電刺激治療帕金森疾病（ACS Nano 17 (2023) 25625）的應(yīng)用。在神經(jīng)組織工程應(yīng)用研究中，團(tuán)隊進(jìn)一步開發(fā)了可降解的柔性壓電納米發(fā)電器件，實(shí)現(xiàn)了超聲驅(qū)動無線化電刺激促進(jìn)外周神經(jīng)再生應(yīng)用（Nano Energy 102 (2022) 107707）。此外，團(tuán)隊通過構(gòu)建超聲響應(yīng)的可降解三維壓電組織工程支架，實(shí)現(xiàn)了可控電刺激功能、組織工程多孔支架功能和生物可降解性的“三合一”，并展現(xiàn)了該電活性支架對脊髓損傷組織再生的促進(jìn)作用（ACS Nano 16 (2022) 16513）。


  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202310483

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