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吉林大學(xué)盧革宇教授團(tuán)隊(duì) Adv. Mater.:生物電池傷口愈合貼片
2024-10-05  來(lái)源:高分子科技

  生物電子貼片為患者傷口愈合提供了舒適且簡(jiǎn)化的臨床操作。目前,它們?cè)谂c目標(biāo)細(xì)胞和組織建立長(zhǎng)期有效的電子界面方面面臨著重大挑戰(zhàn),這主要是因?yàn)槟芰枯敵霾灰恢潞透叩纳锝缑孀杩埂=冢?/span>吉林大學(xué)盧革宇教授團(tuán)隊(duì)孫鵬教授、賈曉騰副教授等提出了一種高效的電化學(xué)刺激傷口愈合貼片。該貼片集成了有效產(chǎn)生和傳遞刺激的能力。這是通過(guò)使用水凝膠生物電子界面作為集成電源(鎂電池)的活性成分來(lái)實(shí)現(xiàn)的。鎂電池增強(qiáng)了成纖維細(xì)胞的功能(增殖、遷移和生長(zhǎng)因子分泌),并通過(guò)提供電場(chǎng)和通過(guò)化學(xué)釋放控制細(xì)胞微環(huán)境的能力,調(diào)節(jié)了巨噬細(xì)胞的表型(促進(jìn)再生極化和下調(diào)促炎細(xì)胞因子),從而加速了傷口愈合。這種生物電子貼片通過(guò)引導(dǎo)上皮細(xì)胞遷移、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和促進(jìn)血管生成,顯示出了有效和加速的傷口愈合的能力。這種新的電化學(xué)介導(dǎo)療法可能為友好傷口管理和細(xì)胞電刺激機(jī)制的研究提供了新的途徑。該工作以“A Mg Battery-Integrated Bioelectronic Patch Provides E?cient Electrochemical Stimulations for Wound Healing”為題發(fā)表在《Advanced Materials》上。


  該貼片的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是它們能夠提供穩(wěn)定、連續(xù)的能量供應(yīng),并具有出色的生物相容性,以實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜傷口環(huán)境中的高效治療。此外,鎂電池放電還提供電化學(xué)刺激效果(圖1),除了模擬內(nèi)源性電場(chǎng)外,還通過(guò)任何誘導(dǎo)的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)品,持續(xù)調(diào)節(jié)傷口微環(huán)境(例如,局部pH值、離子濃度以及氫氣水平)。


圖1. 集成了鎂電池的生物電子貼片的示意圖。(A)該貼片的設(shè)備結(jié)構(gòu)和照片。(B)在傷口愈合過(guò)程中對(duì)炎癥階段和增殖階段的電化學(xué)刺激效果。(C)有效生物-電子界面的集成刺激陰極的設(shè)計(jì)原理。


  該團(tuán)隊(duì)通過(guò)電化學(xué)建模,模擬了耦合電池、直流電源和耦合電池在DMEM電解質(zhì)中的電場(chǎng)分布,同時(shí)體外測(cè)試驗(yàn)證了通過(guò)電化學(xué)刺激可以增加生長(zhǎng)因子的水平并有效促進(jìn)細(xì)胞的增殖和遷移,并通過(guò)Western blotting確定巨噬細(xì)胞中p-ERK1/2、p-Akt和p-PI3k的蛋白表達(dá)水平驗(yàn)證了細(xì)胞增殖/遷移的機(jī)制(圖2)。


圖2. 電化學(xué)刺激調(diào)控細(xì)胞行為的示意圖。


  經(jīng)過(guò)14天的電化學(xué)刺激后,電池處理的傷口幾乎完全恢復(fù)(圖5)。這些結(jié)果證實(shí)了在電極-組織界面注入的電荷誘導(dǎo)了單向的細(xì)胞遷移,朝向傷口中心,從而沿著電場(chǎng)方向增強(qiáng)了傷口閉合。這表明電化學(xué)刺激在加速傷口愈合中起到了積極作用。電化學(xué)刺激不僅促進(jìn)了傷口的重新上皮化,還增強(qiáng)了膠原蛋白的沉積和排列,這對(duì)于傷口愈合過(guò)程中的組織修復(fù)和功能恢復(fù)至關(guān)重要。


圖3. 集成了鎂電池的生物電子貼片用于加速傷口愈合。


  文章的第一作者是吉林大學(xué)電子學(xué)院博士研究生馬雪南。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,國(guó)家自然科學(xué)基金委,吉林省科技廳等項(xiàng)目的支持。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202410205

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