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  在組織發(fā)育與再生過程中，細(xì)胞和組織微環(huán)境（包括細(xì)胞間相互作用、可溶性因子和細(xì)胞外基質(zhì)等）在調(diào)節(jié)細(xì)胞行為和組織功能方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。因此，模擬天然組織/細(xì)胞微環(huán)境的功能性生物材料在組織再生應(yīng)用中具有巨大的潛力。其中，電活性生物材料，包括導(dǎo)電性材料和壓電性材料，不僅能作為細(xì)胞粘附和結(jié)構(gòu)支撐的支架，更重要的是能夠可以同時(shí)調(diào)節(jié)細(xì)胞/組織的行為和功能。在此基礎(chǔ)上，電刺激可以進(jìn)一步調(diào)節(jié)許多生物學(xué)過程，從細(xì)胞增殖、遷移、和分化到神經(jīng)傳導(dǎo)、肌肉收縮、胚胎發(fā)生和組織再生等。

圖1 細(xì)胞與仿生細(xì)胞外基質(zhì)之間的動(dòng)態(tài)機(jī)械相互作用。

  中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所李琳琳研究員課題組近年來(lái)一直致力于研發(fā)電活性生物材料和自驅(qū)動(dòng)器件，將其用于藥物遞送、干細(xì)胞分化調(diào)控和組織再生、生物傳感、癌癥治療等應(yīng)用方向（詳見課題組網(wǎng)頁(yè)：https://www.x-mol.com/groups/lilinlin）。最近，該團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)綜述了電活性生物材料和系統(tǒng)用于調(diào)控干細(xì)胞命運(yùn)和組織再生的最新進(jìn)展和未來(lái)研究方向。首先，詳細(xì)介紹了內(nèi)源性生物電和壓電的生物學(xué)基礎(chǔ)。接著，討論了模擬細(xì)胞和組織微環(huán)境的電活性生物材料和電刺激遞送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，以及介導(dǎo)的電刺激和相關(guān)細(xì)胞信號(hào)通路。然后，總結(jié)了電活性生物材料在調(diào)節(jié)干細(xì)胞命運(yùn)和組織再生方面的最新進(jìn)展，特別是在神經(jīng)再生、骨組織工程和心臟組織工程方面的應(yīng)用。最后，強(qiáng)調(diào)了模擬天然組織微環(huán)境的重要性，并評(píng)述了電活性生物材料和電刺激系統(tǒng)目前所面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)的發(fā)展機(jī)遇。

圖2 內(nèi)源性生物壓電（左）和生物電（右）。

圖3 電刺激方式及可能引起的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路。

  該綜述文章以“Electroactive biomaterials and systems for cell fate determination and tissue regeneration: design and applications”為題發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。文章的第一作者是中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所的“博新計(jì)劃”博士后劉志榮，通訊作者為李琳琳研究員和王中林院士。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202007429

  實(shí)驗(yàn)室主頁(yè)：https://www.x-mol.com/groups/lilinlin