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華科大羅志強教授團隊 Adv. Mater.: 電容耦合響應水凝膠提供無線化電刺激促進脊髓損傷組織再生

2024-01-14 來源：高分子科技

電刺激在修復受損組織(包括神經、肌肉、皮膚、骨骼、肌腱和韌帶)應用中顯示出顯著的效果。特別是在神經組織工程中，電刺激能夠有效地控制神經干細胞增殖、遷移和分化相關的命運。然而，現有的穿透組織和皮膚的導線供電方案具有感染風險，并且需要在組織修復后進行第二次手術以移除植入的電極，從而限制了這些電刺激技術的臨床轉化應用。因此，探索無線化在體電刺激技術是組織工程領域的迫切需求。

華中科技大學羅志強教授團隊與溫州醫科大學李校堃院士、王周光教授團隊合作，開發了一種具有電容耦合無線發電能力的可生物降解導電水凝膠支架，并將其應用于脊髓損傷修復 (圖1)。該可生物降解導電支架由殼聚糖/明膠水凝膠摻雜導電黑磷納米片組成，電容耦合結構由放置在脊髓損傷位點頂部柔軟絕緣金屬箔作為功率發送電極和植入在脊髓損傷位點的殼聚糖/明膠/黑磷導電水凝膠作為功率接收電極組成。當施加可調節的外部高頻電場時，電容耦合效應可以在水凝膠支架中產生可編程控制的交流電。這種在導電水凝膠中產生的交流電可以為組織工程應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，植入的導電水凝膠支架結合電容耦合無線化電刺激功能可以促進髓鞘再生、加速軸突再生、促進內源性神經干細胞分化，從而促進神經組織修復和功能恢復。該研究結果表明，基于可生物降解導電水凝膠的電容耦合無線化電刺激技術在增強神經再生和其他組織再生方面具有巨大的臨床轉化潛力。該工作以“Capacitive-coupling-responsive Hydrogel Scaffolds Offering Wireless in situ Electrical Stimulation Promotes Nerve Regeneration”為題發表在《Advanced Materials》上（Advanced Materials，2024，e2310483）。該研究得到國家自然科學基金支持。

圖1. 電容耦合響應水凝膠提供無線化在體電刺激促進脊髓損傷組織再生

該工作是羅志強教授團隊近期關于神經工程無線化電刺激技術相關研究的最新進展之一。在神經調控應用研究中，團隊開發了超聲無線驅動的柔性可植入發電器件（Nano Energy 86 (2021) 106123），探索了超聲驅動柔性可植入發電器件作為全植入無電池神經電刺激器在大鼠迷走神經刺激緩解敗血癥免疫反應（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）的應用。在神經組織工程應用研究中，團隊進一步開發了可降解的柔性壓電納米發電器件，實現了超聲驅動無線化電刺激促進外周神經再生應用（Nano Energy 102 (2022) 107707）。此外，團隊通過構建超聲響應的可降解三維壓電組織工程支架，實現了可控電刺激功能、組織工程多孔支架功能和生物可降解性的“三合一”，并展現了該電活性支架對脊髓損傷組織再生的促進作用（ACS Nano 16 (2022) 16513）。

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

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（責任編輯：xu）

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