《Sci.Adv.》：柔性微型植入式共生电刺激系统在骨组织修复中的应用

电刺激作为一种非药物技术，被证明可以有效促进组织再生和功能恢复，有望缩短组织或器官的修复时间。然而，传统的电刺激疗法需要笨重的设备，患者舒适度较低，难以实现患者的个性化治疗，限制了其在临床中的应用和发展。为了解决这些问题，微型植入式共生电子器件的应用为个性化电刺激治疗提供契机，以此开发一种利用人体自身康复运动供能、无需电池供电和电路调制就能够提供稳定可控电刺激的共生体系，节省了电源和电路所必须的额外体积和质量，提升了舒适度，对于电刺激促进骨修复的临床转化应用具有重要意义。

2024年1月5日，同济大学郑龙坡教授、中国科学院纳米能源所李舟教授、复旦大学附属口腔医院陈峰研究员/曹文涛副研究员和中国科学院大学欧阳涵副教授等联合在《Science Advances》上发表题为 “Rehabilitation Exercise-driven Symbiotic Electrical Stimulation System Accelerating Bone Regeneration” 的研究论文。在本研究中，研究者将一种复合压电/摩擦电纳米发电机（HTP-NG）与导电水凝胶组合，构建可体内植入的共生电刺激系统（BD-ES），通过水凝胶优异的可注射性和粘附性，可适用于不同形状的骨缺损。本研究中植入于关节附近的纳米发电机可通过患者主/被动功能锻炼，采集运动过程中产生的能量，产生双相电脉冲电信号以响应康复运动用于促进体内骨再生和干细胞成骨分化，在骨修复方面显示出较好的潜力，契合共生生物电子（symbiotic electronics）与加速康复外科 (Enhanced Recovery After Surgery，ERAS)理念。本研究通过整合康复锻炼和电刺激，为个性化骨修复治疗提供了新的见解。

此外，研究团队探究了相关机制，发现BD-ES系统能够提高细胞对机械敏感刺激相关蛋白的表达，这表明电刺激可能通过上调BMSCs 对机械刺激的响应而对成骨产生积极影响。总的来说，这一研究揭示了康复运动驱动的共生电刺激系统在促进成骨过程中的积极作用，为电刺激在骨修复领域中的应用提供了新的思路，有望在未来为患者提供更加安全、高效的治疗选择。

同济大学郑龙坡教授、中国科学院纳米能源所李舟教授、复旦大学口腔医学研究院陈峰研究员和曹文涛副研究员为共同通讯作者，同济大学2021级博士研究生王天龙、中国科学院大学纳米科学与工程学院欧阳涵副教授以及同济大学2023级博士研究生罗怡平为本文的共同第一作者。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科学委员会、北京市自然科学基金、中国科学院青年创新促进会基金等项目资助。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi6799