基于电生理视角的压电生物材料在创伤性脑损伤治疗中的前景展望

《Biomaterials Advances》：Promising strategy of piezoelectric biomaterials for traumatic brain injury therapies from electrophysiological aspect

本综述从电生理角度系统探讨了压电生物材料在创伤性脑损伤（TBI）治疗中的创新策略。文章详细解析TBI病理生理机制，综述压电材料分类特性，重点阐述其通过机械-电信号转换实现神经调控、靶向给药与机械支撑的协同治疗潜力，为神经再生医学提供了新材料视角。

　　

Highlight

压电生物材料通过将机械应力转化为电信号，为创伤性脑损伤（TBI）修复提供了令人兴奋且有前景的方法，尤其在神经再生方面。大量实验表明，电刺激（ES）和电场暴露能够影响神经干细胞增殖分化，促进神经突生长，并增强突触可塑性。这些材料在机械刺激下原位产生电场的独特能力，使其能够模拟天然生物电环境，为神经组织修复提供动态、自适应的刺激。

设计用于TBI治疗的压电生物材料要求

鉴于大脑是调节生命功能的高度敏感神经中枢，适用于修复TBI损伤的生物压电材料必须满足特定的设计标准。根据损伤的严重程度和位置，用于TBI治疗的压电生物材料的设计要求有所不同；然而，所有材料都必须满足基本标准，如生物相容性、生物可降解性、适度的压电响应、足够的强度、柔韧性和可植入性。

各种压电生物材料在TBI中的应用

迄今为止，各种压电生物材料已在多种应用中显示出有效性，包括精确药物递送、预防生物膜感染和神经元刺激。同时，传统治疗方法在实现有效的神经组织修复和功能恢复方面存在局限性。全面了解压电生物材料的特性和特征，对于建立理论基础和为未来研究提供方向至关重要。

压电材料应用的见解：电刺激、先进制造和新兴创新

尽管对压电生物材料的应用进行了大量研究，但大多数研究仍处于临床前水平。现有压电材料的局限性和缺陷阻碍了其临床应用，导致临床实践中的实例很少。研究人员正在积极研究策略，通过优化其产生足够电刺激的能力、提高生物相容性以及开发先进的制造技术，来增强压电生物材料的临床适用性。

总结与展望

基于TBI的生理机制，特别是电生理学方面，本文总结了针对TBI修复的压电生物材料应用进展。在机械应力下产生电刺激（ES）的能力使压电生物材料成为TBI修复，尤其是神经再生方面一种令人兴奋且有前景的方法。大量实验表明，ES和电场暴露可以影响神经干细胞增殖和分化，促进神经突生长，并增强突触可塑性。压电生物材料在机械刺激下原位产生电场的独特能力，使其能够模拟天然生物电环境，为神经组织修复提供动态刺激。