华科大罗志强教授团队 Adv. Mater.: 电容耦合响应水凝胶提供无线化电刺激促进脊髓损伤组织再生

2024-01-14 来源：高分子科技

电刺激在修复受损组织(包括神经、肌肉、皮肤、骨骼、肌腱和韧带)应用中显示出显著的效果。特别是在神经组织工程中，电刺激能够有效地控制神经干细胞增殖、迁移和分化相关的命运。然而，现有的穿透组织和皮肤的导线供电方案具有感染风险，并且需要在组织修复后进行第二次手术以移除植入的电极，从而限制了这些电刺激技术的临床转化应用。因此，探索无线化在体电刺激技术是组织工程领域的迫切需求。

华中科技大学罗志强教授团队与温州医科大学李校堃院士、王周光教授团队合作，开发了一种具有电容耦合无线发电能力的可生物降解导电水凝胶支架，并将其应用于脊髓损伤修复 (图1)。该可生物降解导电支架由壳聚糖/明胶水凝胶掺杂导电黑磷纳米片组成，电容耦合结构由放置在脊髓损伤位点顶部柔软绝缘金属箔作为功率发送电极和植入在脊髓损伤位点的壳聚糖/明胶/黑磷导电水凝胶作为功率接收电极组成。当施加可调节的外部高频电场时，电容耦合效应可以在水凝胶支架中产生可编程控制的交流电。这种在导电水凝胶中产生的交流电可以为组织工程应用提供无线化在体原位电刺激。在大鼠脊髓损伤全横断模型中，植入的导电水凝胶支架结合电容耦合无线化电刺激功能可以促进髓鞘再生、加速轴突再生、促进内源性神经干细胞分化，从而促进神经组织修复和功能恢复。该研究结果表明，基于可生物降解导电水凝胶的电容耦合无线化电刺激技术在增强神经再生和其他组织再生方面具有巨大的临床转化潜力。该工作以“Capacitive-coupling-responsive Hydrogel Scaffolds Offering Wireless in situ Electrical Stimulation Promotes Nerve Regeneration”为题发表在《Advanced Materials》上（Advanced Materials，2024，e2310483）。该研究得到国家自然科学基金支持。

图1. 电容耦合响应水凝胶提供无线化在体电刺激促进脊髓损伤组织再生

该工作是罗志强教授团队近期关于神经工程无线化电刺激技术相关研究的最新进展之一。在神经调控应用研究中，团队开发了超声无线驱动的柔性可植入发电器件（Nano Energy 86 (2021) 106123），探索了超声驱动柔性可植入发电器件作为全植入无电池神经电刺激器在大鼠迷走神经刺激缓解败血症免疫反应（Nano Energy 89 (2021) 106327）和大鼠脑深部电刺激治疗帕金森疾病（ACS Nano 17 (2023) 25625）的应用。在神经组织工程应用研究中，团队进一步开发了可降解的柔性压电纳米发电器件，实现了超声驱动无线化电刺激促进外周神经再生应用（Nano Energy 102 (2022) 107707）。此外，团队通过构建超声响应的可降解三维压电组织工程支架，实现了可控电刺激功能、组织工程多孔支架功能和生物可降解性的“三合一”，并展现了该电活性支架对脊髓损伤组织再生的促进作用（ACS Nano 16 (2022) 16513）。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202310483

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（责任编辑：xu）

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