仿生压电补片(BPP@PVDF)通过自发电调控巩膜强化治疗高度近视的机制研究

为解决高度近视(HM)患者巩膜生物力学减弱导致的轴性伸长问题，四川电子科技大学等机构研究人员开发了一种仿生压电补片(BPP@PVDF)。该补片结合牛心包(BPP)支架与聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜，通过压电效应促进胶原合成，显著抑制兔模型轴长(AL)增长(P<0.001)。这项发表在《Journal of Nanobiotechnology》的研究为HM治疗提供了融合纳米技术、电刺激和巩膜加固术(PSR)的创新方案。

　　

高度近视(HM)已成为全球重大公共卫生问题，其特征性病理改变是眼球轴长(AL)过度伸长(≥26 mm)和严重屈光误差(≤-6.00 D)。这种进行性病变会导致视网膜脱离、青光眼等致盲性并发症，而现有治疗手段存在明显局限——传统巩膜加固术(PSR)使用的牛心包(BPP)或异体巩膜等材料，不仅来源稀缺，更需数月才能与宿主组织整合，难以满足临床需求。

四川电子科技大学联合四川省人民医院的科研团队从电鳗发电机制获得灵感，创造性地将压电材料引入眼科治疗领域。他们开发的仿生压电补片(BPP@PVDF)通过旋转涂覆技术将聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜整合到BPP表面，使其在眨眼等机械刺激下产生1.755±0.107 V的稳定电压。这种自发电特性不仅能加速材料与巩膜的融合，更能通过电刺激激活转化生长因子β(TGF-β)信号通路，显著提升巩膜成纤维细胞(HFSF)的胶原I(Collagen I)合成能力。

研究采用四大关键技术：1) 通过SEM和FT-IR表征材料特性；2) 建立兔生理性AL增长模型和透镜诱导近视模型(LIM)；3) 应用超声模拟昼夜机械应力(0.4 W/cm²，1 MHz)；4) 采用Instron 5943系统测量巩膜生物力学参数。

材料特性验证
SEM显示PVDF涂层使BPP表面纤维结构模糊化(图2B)，FT-IR在845 cm^-1处检测到β螺旋特征峰(图2C)。机械循环测试证实BPP@PVDF与纯PVDF具有等效压电输出(1.75 V，P>0.05)。

体外实验突破
EdU实验显示超声激活的PVDF组细胞增殖率最高(P<0.001)，Western blot证实其胶原I表达量较对照组提升2.1倍(图3K-L)。免疫荧光显示电刺激组肌动蛋白(F-actin)纤维排列更致密(图3I)。

动物模型验证
在1-2月龄新西兰兔(AL自然增长期)中，BPP@PVDF组△AL(0.38±0.12 mm)显著低于BPP组(0.82±0.15 mm，P<0.01)。TEM显示治疗组巩膜胶原纤维直径增加37%(图6G)，拉伸实验显示其最大应力提升至1.8 MPa(图5I)。

LIM模型治疗
PVDF补片使近视兔AL增长减缓52%，Masson染色显示治疗组胶原断裂减少，新生微血管增多(图7F)。值得注意的是，该材料不影响眼压(IOP)和脉络膜厚度(ChT)等生理参数(图5C,E)。

这项研究开创性地将压电生物材料应用于近视治疗，其核心价值体现在三方面：首先，通过仿生设计解决PSR材料整合慢的临床痛点；其次，证实电刺激可靶向调控巩膜胶原代谢；最后，为纳米材料在眼科的应用提供新范式。正如讨论部分指出，这种"机械-电-生物"多重调控策略，不仅适用于HM治疗，更为组织工程、神经再生等领域带来启示。未来研究需进一步探索压电刺激对视网膜等邻近组织的影响，以及材料在人体内的长期稳定性。