A Self‐Powered Piezo‐Bioelectric Device Regulates Tendon Repair‐Associated Signaling Pathways through Modulation of Mechanosensitive Ion Channels

机械敏感通道 材料科学 再生(生物学) 肌腱 生物医学工程 脚手架 压电 纳米技术 机械转化 肌腱病 离子通道 细胞生物学 神经科学 医学 生物 解剖 内科学 复合材料 受体
作者
Marc Fernández,Alexandre Trotier,Seçil Demir,Sunny Akogwu Abbah,Aitor Larrañaga,Arun Thirumaran,Aimee Stapleton,Syed A. M. Tofail,Matteo Palma,Michelle Kilcoyne,Abhay Pandit,Manus Biggs
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (40) 被引量:40
标识
DOI:10.1002/adma.202008788
摘要

Tendon disease constitutes an unmet clinical need and remains a critical challenge in the field of orthopaedic surgery. Innovative solutions are required to overcome the limitations of current tendon grafting approaches, and bioelectronic therapies show promise in treating musculoskeletal diseases, accelerating functional recovery through the activation of tissue regeneration-specific signaling pathways. Self-powered bioelectronic devices, particularly piezoelectric materials, represent a paradigm shift in biomedicine, negating the need for battery or external powering and complementing existing mechanotherapy to accelerate the repair processes. Here, the dynamic response of tendon cells to a piezoelectric collagen-analogue scaffold comprised of aligned nanoscale fibers made of the ferroelectric material poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) is shown. It is demonstrated that motion-powered electromechanical stimulation of tendon tissue through piezo-bioelectric device results in ion channel modulation in vitro and regulates specific tissue regeneration signaling pathways. Finally, the potential of the piezo-bioelectronic device in modulating the progression of tendinopathy-associated processes in vivo, using a rat Achilles acute injury model is shown. This study indicates that electromechanical stimulation regulates mechanosensitive ion channel sensitivity and promotes tendon-specific over non-tenogenic tissue repair processes.
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