導(dǎo)   讀

  研究結(jié)果

 1. PETRR 的制備和 PETRR 傳感器的結(jié)構(gòu)   通過(guò)開(kāi)發(fā)生物相容性且可拉伸的壓電彈性體（PETRR）與 NFC 無(wú)線模塊相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了“跟腱修復(fù)過(guò)程中電刺激治療”和“無(wú)線應(yīng)力和溫度監(jiān)測(cè)”，如圖展示，可將 PETRR 與 NFC 無(wú)線模塊結(jié)合設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器，再將其植入兔跟腱。

 2. PETRR 的化學(xué)成分和結(jié)晶行為  PETRR 的化學(xué)成分使用 1HNMR( 核磁共振氫譜）和 FTIR( 傅里葉紅外光譜檢測(cè)）進(jìn)行鑒定。PETRR 的 DSC 加熱曲線顯示 PETRR-10 結(jié)晶峰值?6 ℃、熔融峰值 12 ℃。當(dāng) 2,3-BDO(2,3- 丁二醇）摩爾比從 10 mol% 逐步增加到 70 mol% 時(shí)，PETRR-70 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg) 從?56 ℃增加至?43 ℃、結(jié)晶峰和熔融峰消失，表明從結(jié)晶結(jié)構(gòu)向非晶結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。X 衍射射線圖譜（XRD) 顯示了類似的變化，其中隨著 2,3-BDO 摩爾比的增加，PETRR 的半結(jié)晶行為轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定形性質(zhì)，如 20 ℃衍射峰消失。根據(jù)拉伸恢復(fù)曲線，PETRR 表現(xiàn)出優(yōu)異的彈性恢復(fù)能力，能夠承受 300% 伸長(zhǎng)率范圍內(nèi)的拉伸并恢復(fù)，沒(méi)有任何永久變形，顯示出其伴隨跟腱進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)的巨大潛力。綜合考慮到 PETRR-50 相對(duì)較低的 Tg、無(wú)定形性質(zhì)和突出的機(jī)械性能，后續(xù)以 PETRR-50 為主體，進(jìn)一步研究材料的壓電和生物性能。

3.  帶傳感器模塊的 PETRR 監(jiān)測(cè)體內(nèi)跟腱狀況 PETRR-50 隨著應(yīng)變從 10% 增加到 50%，PETRR-50 的輸出電壓從 0.149 V 增加到 0.430 V。人工引導(dǎo)兔子進(jìn)行不同的運(yùn)動(dòng)模式（跑步（圖 3D)、跳躍（圖 3E)、拍打（圖 3F) 和顫抖（圖 3G)）時(shí)，發(fā)現(xiàn)了輸出電壓具有獨(dú)特頻率和周期性強(qiáng)度。在圖 3B 中，隨著跟腱斷裂的恢復(fù)過(guò)程，壓電輸出電壓逐漸增加，證明了跟腱的功能恢復(fù)，兔子的活動(dòng)增加。同時(shí)，跟腱周圍的溫度保持恒定，表明沒(méi)有發(fā)生炎癥。此外，如圖 3C 展示示，修復(fù)過(guò)程中檢測(cè)出尖銳的壓電峰值，這歸因于兔子的過(guò)度活動(dòng)而出現(xiàn)的繼發(fā)性跟腱斷裂。

4. PETRR 的體外生物相容性和壓電效應(yīng) 為了研究 PETRR 的細(xì)胞毒性，設(shè)計(jì)體外實(shí)驗(yàn)。除了對(duì)照組外，還設(shè)計(jì)了 PDMS 組（聚二甲硅氧烷，常見(jiàn)的非壓電體移植材料）和 PETRR 組進(jìn)行對(duì)比。將大鼠肌腱細(xì)胞分別接種在組織培養(yǎng)板表面，按分組添加不同材料，分別培養(yǎng) 24、48 和 72 小時(shí)后，對(duì)肌腱細(xì)胞進(jìn)行活性檢測(cè)。熒光圖像顯示，各組的活細(xì)胞（綠色）率均在 90% 以上，不同無(wú)顯著差異。此外，通過(guò)細(xì)胞計(jì)數(shù)試劑盒 -8(CCK-8) 測(cè)定法檢測(cè)細(xì)胞增殖。三組間無(wú)顯著差異。此外，在體外細(xì)胞拉伸裝置中模擬 PDMS 和 PETRR 對(duì)肌腱細(xì)胞的壓電和機(jī)械效應(yīng)。結(jié)果顯示 PETRR 組的腱調(diào)蛋白（Tnmd) 表顯著高于 PDMS 組和對(duì)照組。肌腱細(xì)胞的形態(tài)用羅丹明（紅色）染色。在 PETRR 組中觀察到更多的細(xì)長(zhǎng)細(xì)胞。以上結(jié)果表明 PETRR 這種壓點(diǎn)材料可能通過(guò) Tnmd 蛋白促進(jìn)腱調(diào)蛋白調(diào)控肌腱細(xì)胞，從而對(duì)機(jī)體有治療作用。

5. PETRR 促進(jìn)大鼠跟腱功能和生物力學(xué)的恢復(fù) 大鼠接受了開(kāi)放場(chǎng)地試驗(yàn)，評(píng)估其功能行為的恢復(fù)情況。從解剖形態(tài)學(xué)觀察，PETRR 組的肌腱看起來(lái)最接近正常狀態(tài)，具有白色光澤的外觀和幾乎正常的長(zhǎng)度。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò) 4 周的治療，PETRR 組的長(zhǎng)度、破壞載荷和彈性模量均有顯著改善。當(dāng)肌腱治療 8 周時(shí)，與 PDMS 和對(duì)照組相比，PETRR 組的肌腱長(zhǎng)度、破壞負(fù)荷和彈性模量都有所提高。此外，PETRR 組的橫截面積也顯著減少。PETRR 組的愈合肌腱具有更高的失效負(fù)荷和彈性模量，這降低了肌腱斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。

6. PETRR 在體內(nèi)促進(jìn)肌腱修復(fù)達(dá)到正常水平 根據(jù)改良的 Stoll 評(píng)分和膠原體積評(píng)分顯示，與其他兩組相比，PETRR 組的得分更高，表明 PETRR 組愈合更好。為了進(jìn)一步評(píng)估肌腱再生，通過(guò)免疫組織化學(xué)染色研究了肌腱中 I 型膠原（Col-I)、III 型膠原（Col-III) 和 Tnmd 在 4 周和 8 周后的表達(dá)變化，并且在 4 周和 8 周后，PETRR 組的 Col-I/Col III 的比率顯著改善。

 7. PETRR 促進(jìn)肌腱再生的潛在機(jī)制 為了研究 PETRR 促進(jìn)肌腱再生的潛在機(jī)制，用 PETRR 處理 8 周后的肌腱組織進(jìn)行 mRNA 測(cè)序。使用 Fold change >2 和 q 值 <0.05 作為過(guò)濾標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果得到 683 個(gè)差異表達(dá)的基因，包括上調(diào) 377 個(gè)和下調(diào) 306 個(gè)?；诓町惢蚋患?GO 功能，得到幾個(gè)與機(jī)械相關(guān)條目，包括機(jī)械感受器分化、對(duì)機(jī)械刺激的反應(yīng)和機(jī)械刺激的感覺(jué)感知。表明 PETRR 可能通過(guò)幾個(gè)潛在的核心基因調(diào)控這些機(jī)械相關(guān)功能促進(jìn)肌腱再生。KEGG 通路分析表明，幾種潛在的通路可以參與促進(jìn)肌腱再生的過(guò)程，包括 VEGF、TNF、NF-Kappa B、IL-17、ECM 受體相互作用、AMPK 信號(hào)通路等。這些關(guān)鍵基因在分組上也顯示和壓電材料有明顯的相關(guān)性。

參考文獻(xiàn)：

Zilu Ge, Yanxiu Qiao, Weiwei Zhu, et al. Highly stretchable polyester-based piezoelectric elastomer for simultaneously realization of accelerated regeneration and motion monitoring for Achilles tendon rupture. Nano Energy. 2023,108751,ISSN 2211-2855, doi:10.1016/j.nanoen.2023.108751.

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