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武漢理工趙政團(tuán)隊(duì) JMST: 壓電復(fù)合水凝膠無線電刺激促進(jìn)脊髓損傷運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)
2023-11-03  來源：高分子科技

  電刺激(ES)可以促進(jìn)脊髓損傷后的運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)。然而，傳統(tǒng)的椎管內(nèi)ES有許多缺點(diǎn)，例如需要復(fù)雜的電路裝置，外部電源，并且需要第二次手術(shù)來移除植入物。壓電材料由于其無需外部電源或植入電極即可將環(huán)境機(jī)械能轉(zhuǎn)化為ES的潛力而受到越來越多的關(guān)注。



  近期，武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙政課題組設(shè)計(jì)了具有壓電功能的絲素蛋白水凝膠(SFBT)用于治療脊髓損傷（圖一）。首先，將聚多巴胺包覆在BaTiO3納米顆粒表面(BaTiO3@PDA)，以提高其生物相容性并提供兒茶酚基（圖二）。然后，以辣根過氧化物酶(HRP)/水凝膠過氧化氫(H2O2)為引發(fā)劑體系制備SFBT水凝膠，在體溫下，通過兒茶酚基的氧化偶聯(lián)，將絲素蛋白與BaTiO3@PDA納米顆粒交聯(lián)（圖三）。制備的SFBT水凝膠具有壓電性、熱敏性、膠凝時(shí)間短、生物相容性好、機(jī)械強(qiáng)度適宜等（圖四，圖五）。在Sprague - Dawley (SD)大鼠SCI全切模型中，直接在損傷部位注射交聯(lián)形成SFBT水凝膠，并使用超聲產(chǎn)生ES。值得注意的是，通過BBB評(píng)分測(cè)試和組織病理學(xué)評(píng)估，SFBT水凝膠顯著增強(qiáng)了大鼠后肢運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)（圖六）。這種將生物相容性壓電納米顆粒整合到可生物降解水凝膠中的策略為脊髓損傷再生生物材料的設(shè)計(jì)提供了新的方向。 


圖一：SFBT壓電水凝膠制備及應(yīng)用示意圖 


圖二：BaTiO3@PDA納米顆粒的制備與表征 


圖三：SFBT壓電水凝膠的制備與表征 


圖四：SFBT壓電水凝膠的壓電性能表征


圖五：SFBT壓電水凝膠的生物相容性表征



圖六：SFBT壓電水凝膠促進(jìn)脊髓損傷后運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)


  該工作以“Piezoelectric composite hydrogel with wireless electrical stimulation enhances motor functional recovery of spinal cord injury”為題發(fā)表在《Journal of Materials Science & Technology》上，（Doi：10.1016/j.jmst.2023.07.014）。武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生李澤浩為第一作者，碩士生李冠霖為并列第一作者，趙政副研究員為通訊作者。該工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、湖北省自然科學(xué)基金，武漢市知識(shí)創(chuàng)新專項(xiàng)項(xiàng)目等支持。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.07.014

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