Kemik oluşumunun kendinden tahrikli elektriksel uyarımı için sürtünme nanojeneratörünün araştırma ilerlemesi
Osteoporoz ve osteoporozla ilişkili kırıklar dünya çapında insan sağlığını ciddi şekilde tehdit eden bir hastalıktır.İstatistiklere göre sadece Amerika Birleşik Devletleri'nde 16,8 milyon insan osteoporozdan muzdariptir ve her yıl 17 milyar ABD doları ekonomik kayba neden olmaktadır. Osteoporotik kırıklardan muzdarip hastaların olasılığı% 45'tir. Bu nedenle osteoporoz, sadece hastanın yaşam kalitesini düşürmekle kalmaz, ciddi bir ekonomik yük oluşturur, aynı zamanda kırık hastalarının ölüm oranını da ikiye katlar. Osteoporoz, düşük kemik kütlesi ve kemik dokusunun bozulması ile karakterize metabolik bir hastalıktır. Kemik kütlesi ve kemik gücü, osteoklastlar tarafından kemik erimesi ile osteoblastlar tarafından kemik oluşumu arasındaki dengeye bağlıdır. 40 yaşın üzerinde bir kez Veya travma, tümörler ve diğer hastalıklardan sonra kemik erimesi kemik oluşum oranını aşacak ve bu da lokal veya sistemik kemik kaybına neden olacaktır. Bu nedenle, kemik erimesi ile kemik oluşumu arasındaki dengeyi ayarlamak ve kemik oluşum oranını teşvik etmek, osteoporozu tedavi etmenin veya hafifletmenin etkili bir yoludur.
1812 yılında kemiğin kaynamamasını tedavi etmek için elektriksel uyarı denenmiş ve bir miktar ilerleme kaydedilmiş olsa da, kemiğin piezoelektrik özelliklerinin insanların kemik ve elektrik arasındaki ilişkiye dikkat etmeye başladığı 1953 yılına kadar bildirilmemiş, daha sonra yeni kemik oluşumunu hızlandırmak için elektriksel uyarı kullanılmıştır. Yalnızca etkili yollar geliştirilebilir. Bununla birlikte, elektriksel stimülasyon harici bir güç kaynağı gerektirdiğinden, taşınabilirliği ve tedavisinin gerçek zamanı ciddi şekilde sınırlandırılmıştır. 2012 yılında, küçük bir enerji toplama cihazı olan triboelektrik nanojeneratörün (TENG) ortaya çıkışı, elektrik stimülasyonunun giyilebilir ve hareketliliğine yeni bir hayat getirdi. TENG, kalp atışı, nabız, yürüme ve diğer mekanik enerji gibi organizmaların mikro-nano enerjisini elektrik enerjisine dönüştürebilir.Daha sonra, TENG, insan faaliyetlerinin mekanik enerjisini, osteoblastları uyarmak ve faaliyetlerini artırmak için elektriksel uyarılara dönüştürmek için kullanılırsa, elde etmek mümkün olacaktır. Kemik oluşumunun giyilebilir, kendi kendine çalışan elektriksel stimülasyonu ve kemik rejenerasyonu için yeni bir tedavi modeli.
Li Zhou'nun Pekin Nano Enerji ve Sistemler Enstitüsü'ndeki araştırma grubu, Çin Bilimler Akademisi, TENG'nin biyomedikal alanda uygulanmasına odaklanıyor. 2014 yılında, kalp pili sürmek için sıçan solunumu ile üretilen elektrik enerjisini ilk kez kullandı (DOI: 10.1002 / adma.201402064), 2016 Kalp atışının ürettiği mekanik enerjiyi 2012 yılında başarıyla elektrik enerjisine dönüştürerek kalp atış hızının kendi kendine uzaktan gerçek zamanlı izlenmesini gerçekleştirdi (DOI: 10.1021 / acsnano.6b02693). Bu nedenle, yukarıdaki varsayımlara ve araştırma temeline dayanarak, Li Zhounun araştırma ekibi, Çin Tıp Bilimleri Akademisi Pekin Birliği Tıp Koleji Hastanesi'nden PhD Tian Jingjing ve Pekin Jishuitan Hastanesi Shi Rui araştırma ekibi, TENG'nin temel ilkelerine dayalı olarak kendi kendine çalışan bir elektrik stimülasyon cihazı tasarladı ve benimsedi. Pre-osteoblast MC3T3-E1, in vitro elektriksel stimülasyon deneylerine tabi tutuldu. In vitro deneylerle, inşa edilen kendinden tahrikli elektrik stimülasyon cihazının osteoblastların yapışmasını, çoğalmasını ve farklılaşmasını teşvik edebileceği kanıtlandı. 3 saatlik elektriksel stimülasyondan sonra, hücre yapışması Bu oran kontrol grubuna göre% 72,76 artmış, 3 günlük elektriksel uyarıdan sonra hücre proliferasyon oranı% 23,82 artmıştır. Ek olarak, tasarlanan TENG'nin organizmaların mikro-nano enerjisini başarılı bir şekilde toplayabildiğini kanıtlamak için araştırmacılar, yapılandırılmış esnek TENG'yi bir farenin femur yüzeyine yerleştirdiler ve TENG'nin, farenin bacağı hareket ettiğinde TENG'yi elektrik sinyalleri vermek için başarılı bir şekilde çalıştırabildiğini buldular. Yerinde stimülasyon için kendi kendine çalışan elektrikli stimülasyon cihazlarının potansiyeli, kemik transplantasyonundan sonra kırıkların klinik tedavisi ve kemiğin yeniden şekillenmesi için yeni bir araştırma yönü sağlar.
İlgili sonuçlar uluslararası akademik dergi Nano Energy'de (DOI: 10.1016 / j.nanoen.2019.02.073) osteoblastların proliferasyonu ve farklılaşması için Self-powered implanable electric stimulator başlığı altında yayınlandı. Bu çalışma, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Pekin En İyi Yetenekler, Pekin Belediyesi Doğa Bilimleri Vakfı ve Ulusal On Bin Yetenek Programı "Genç En İyi Yetenekler" tarafından finanse edildi.
Şekil: Kendi kendine çalışan elektrik stimülasyon cihazı, osteoblastların çoğalmasını ve farklılaşmasını destekler
Kaynak: Pekin Nano Enerji ve Sistemler Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
İpuçları: Yakın zamanda WeChat resmi hesap bilgi akışı revize edildi. Her kullanıcı, büyük kartlar şeklinde görüntülenecek olan sık okuma abonelik numaralarını ayarlayabilir. Bu nedenle, "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" makalesini kaçırmak istemiyorsanız, şunları yapmalısınız: "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" genel hesabına girin sağ üst köşedeki menüyü tıklayın "Yıldız Olarak Ayarla" yı seçin
