作为与细胞的关键界面，电极的设计和制造直接影响电刺激的功效。微米级电极可以精确地接触和刺激特定的细胞类型，而不会引起细胞损伤或不必要的电化学反应。光刻等技术可以制备微米级电极，但对制造有严格的要求。通过微流体技术制备的水凝胶微球具有优异的生物相容性、精确度和可控性。透明质酸甲基丙烯酸酯（HAMA）的优点包括优异的生物相容性、可调节的机械性能以及可控药物递送。精确细胞电刺激疗法的主要挑战是在软骨损伤引起的电场干扰中，保持细胞水平的持续、稳定的电输出。压电纳米颗粒在不需要外加电压的情况下，不断将机械能转化为直流电输出。超声波（US）可以将机械能输到最远5cm的组织中，压电纳米颗粒的电输出可以通过调节US参数来实现。因此，整合压电纳米颗粒、微流体水凝胶微球和US为软骨损伤和再生的稳定、非侵入性精确细胞电刺激提供了一种潜在方法。
精确的细胞电刺激通过持续刺激干细胞、驱动钙离子内流、激活下游级联反应和促进软骨形成分化，避免了对非靶细胞的干扰。该研究制备了能够特异性聚集干细胞的力-电转换水凝胶微球（Piezo@CR MP）。微球由E7干细胞募集肽（CR）和聚多巴胺（pDA）的外层组成，包裹着掺杂有压电钛酸钡（BT）纳米颗粒的HAMA水凝胶核心。Piezo@CR MP在US刺激下产生电力输出，破坏静电肽结合，使脉冲释放成为可能，从而诱导定向干细胞迁移并增加Piezo@CR MP周围的局部细胞密度。同时，Piezo@CR MP能够对迁移的干细胞进行连续的直流电刺激。作者研究了不同浓度BT纳米颗粒的微球的机械性能、其在US刺激下产生电输出的能力以及响应US的CR释放。此外，作者评估了Piezo@CR MP在US刺激下诱导定向干细胞迁移和软骨形成分化的能力，使用两种动物模型（兔软骨缺损模型和大鼠骨关节炎（OA）模型）验证了关节内注射Piezo@CR MPs增强软骨再生和减少膝关节软骨破坏方面的功效。此外，作者探讨了Piezo@CR MP诱导的干细胞软骨形成分化过程中钙离子内流与p38MAPK通路激活之间的联系。总之，该研究制备的力电水凝胶微球在软骨损伤治疗和再生方面具有显著的临床转化潜力。
参考消息：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202414555
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