电刺激作为一种非药物康复手段，被证明可以有效促进组织再生和功能恢复，有望缩短组织或器官的修复时间。然而，传统的电刺激疗法需要笨重的设备，患者舒适度较低，难以实现患者的个性化治疗，限制了其在临床中的应用。

北京时间2024年1月5日，学术期刊《科学进展》（Science Advances）在线发表了同济大学附属第十人民医院郑龙坡教授团队、中国科学院纳米能源所李舟教授、复旦大学附属口腔医院陈峰研究员/曹文涛副研究员和中国科学院大学欧阳涵副教授团队合作研究成果，创新性的应用微型植入式共生电子器件，利用人体自身康复运动供能、无需电池供电和电路调制就能够提供稳定可控电刺激的共生体系促进骨修复。论文题为 “Rehabilitation Exercise-driven Symbiotic Electrical Stimulation System Accelerating Bone Regeneration”（康复运动驱动的共生电刺激系统加速骨再生）。

在本研究中，研究者将一种复合压电/摩擦电纳米发电机（HTP-NG）与导电水凝胶组合，构建可体内植入的共生电刺激系统（BD-ES），通过水凝胶优异的可注射性和粘附性，可适用于不同形状的骨缺损。本研究中植入于关节附近的纳米发电机可通过患者主/被动功能锻炼，采集运动过程中产生的能量，产生双相电脉冲电信号以响应康复运动用于促进体内骨再生和干细胞成骨分化，在骨修复方面显示出较好的潜力，契合共生生物电子（symbiotic electronics）与加速康复外科 (Enhanced Recovery After Surgery，ERAS)理念。本研究通过整合康复锻炼和电刺激，为个性化骨修复治疗提供了新的见解。

此外，研究团队探究了相关机制，发现BD-ES系统与成骨密切相关的 WNT 和 MAPK 通路高度相关，上调了PIK3CA、WNT11 和 ERK1 蛋白等多个关键蛋白的表达。PIK3CA、WNT11 和 ERK1 蛋白也在细胞对机械敏感刺激反应的生物过程中高度表达，这表明这些通路与机械敏感刺激反应可能存在协同作用。通过生物信息学验证，发现BD-ES系统上调了PIEZO1机械敏感蛋白的表达，这表明电刺激可能通过上调 BMSCs对机械刺激的响应而对成骨产生积极影响。

总的来说，这一研究揭示了个性化康复运动驱动的共生电刺激系统在促进成骨过程中的积极作用，为电刺激在骨修复领域中的应用提供了新的思路，有望在未来为患者提供更加安全、高效的治疗选择。

郑龙坡教授为该研究论文的第一通讯作者，同济大学附属第十人民医院为第一通讯单位，中科院纳米能研所李舟教授，同济大学附属第十人民医院/复旦大学口腔医学研究院陈峰研究员和曹文涛副研究员为共同通讯作者；同济大学2021级博士研究生王天龙，中科院纳米能研所欧阳涵教授以及同济大学2023级博士研究生罗怡平为本文的共同第一作者。本研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、上海市自然基金面上项目、北京市自然科学基金等项目资助。

郑龙坡教授

中共党员，医学博士、博士后、主任医师、教授，同济大学博士生导师、博士后指导老师

现任上海市创伤急救中心（北区）主任，同济大学附属第十人民医院骨科行政副主任、骨科创伤中心主任，骨科智能化微创诊疗中心主任。研究方向为复杂骨盆髋臼及四肢骨折的微创治疗与智能化，骨科生物材料，关节成形术等。主持国家自然科学基金、科技部重点研发计划子课题等5项，上海市科委课题6项，上海市经信委人工智能重点专项1项，中央高校交叉学科重点项目1项、同济大学教改项目1项等，总科研经费达1800余万元；先后获上海市科技进步二等奖2项，国家教育部科技进步二等奖、一等奖各1项；获发明/实用新型专利31项。近年来郑龙坡教授团队在Science Advances（2024）、Adv.Funct.Mater.（2023）、Composites Part B: Engineering（2022）、J Nanobiotechnology.（2020，2021）、Int J Nanomedicine.（2020）、Adv Sci (Weinh)（2019）等国际知名期刊上发表系列研究论文。