武汉理工赵政团队 JMST: 压电复合水凝胶无线电刺激促进脊髓损伤运动功能恢复

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电刺激(ES)可以促进脊髓损伤后的运动功能恢复。然而，传统的椎管内ES有许多缺点，例如需要复杂的电路装置，外部电源，并且需要第二次手术来移除植入物。压电材料由于其无需外部电源或植入电极即可将环境机械能转化为ES的潜力而受到越来越多的关注。

近期，武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室赵政课题组设计了具有压电功能的丝素蛋白水凝胶(SFBT)用于治疗脊髓损伤（图一）。首先，将聚多巴胺包覆在BaTiO₃纳米颗粒表面(BaTiO₃@PDA)，以提高其生物相容性并提供儿茶酚基（图二）。然后，以辣根过氧化物酶(HRP)/水凝胶过氧化氢(H₂O₂)为引发剂体系制备SFBT水凝胶，在体温下，通过儿茶酚基的氧化偶联，将丝素蛋白与BaTiO₃@PDA纳米颗粒交联（图三）。制备的SFBT水凝胶具有压电性、热敏性、胶凝时间短、生物相容性好、机械强度适宜等（图四，图五）。在Sprague - Dawley (SD)大鼠SCI全切模型中，直接在损伤部位注射交联形成SFBT水凝胶，并使用超声产生ES。值得注意的是，通过BBB评分测试和组织病理学评估，SFBT水凝胶显著增强了大鼠后肢运动功能的恢复（图六）。这种将生物相容性压电纳米颗粒整合到可生物降解水凝胶中的策略为脊髓损伤再生生物材料的设计提供了新的方向。

图一：SFBT压电水凝胶制备及应用示意图

图二：BaTiO₃@PDA纳米颗粒的制备与表征

图三：SFBT压电水凝胶的制备与表征

图四：SFBT压电水凝胶的压电性能表征

图五：SFBT压电水凝胶的生物相容性表征

图六：SFBT压电水凝胶促进脊髓损伤后运动功能恢复

该工作以“Piezoelectric composite hydrogel with wireless electrical stimulation enhances motor functional recovery of spinal cord injury”为题发表在《Journal of Materials Science & Technology》上，（Doi：10.1016/j.jmst.2023.07.014）。武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室博士生李泽浩为第一作者，硕士生李冠霖为并列第一作者，赵政副研究员为通讯作者。该工作得到国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目、湖北省自然科学基金，武汉市知识创新专项项目等支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.07.014

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