導   讀

  研究結果

 1. PETRR 的制備和 PETRR 傳感器的結構   通過開發生物相容性且可拉伸的壓電彈性體（PETRR）與 NFC 無線模塊相結合，實現了“跟腱修復過程中電刺激治療”和“無線應力和溫度監測”，如圖展示，可將 PETRR 與 NFC 無線模塊結合設計無線傳感器，再將其植入兔跟腱。

 2. PETRR 的(de)(de)化(hua)學成(cheng)分和(he)結(jie)(jie)晶(jing)行(xing)為  PETRR 的(de)(de)化(hua)學成(cheng)分使用(yong) 1HNMR( 核磁共振氫譜(pu)）和(he) FTIR( 傅里(li)葉紅外光(guang)譜(pu)檢(jian)測）進行(xing)鑒定(ding)。PETRR 的(de)(de) DSC 加(jia)熱(re)曲(qu)線顯示(shi) PETRR-10 結(jie)(jie)晶(jing)峰(feng)(feng)值(zhi)?6 ℃、熔融峰(feng)(feng)值(zhi) 12 ℃。當 2,3-BDO(2,3- 丁二醇）摩爾比從(cong)(cong) 10 mol% 逐步(bu)增(zeng)加(jia)到 70 mol% 時，PETRR-70 的(de)(de)玻璃(li)化(hua)轉(zhuan)變溫(wen)度（Tg) 從(cong)(cong)?56 ℃增(zeng)加(jia)至(zhi)?43 ℃、結(jie)(jie)晶(jing)峰(feng)(feng)和(he)熔融峰(feng)(feng)消失，表(biao)明(ming)從(cong)(cong)結(jie)(jie)晶(jing)結(jie)(jie)構(gou)向非晶(jing)結(jie)(jie)構(gou)的(de)(de)轉(zhuan)變。X 衍(yan)射(she)射(she)線圖譜(pu)（XRD) 顯示(shi)了(le)類似的(de)(de)變化(hua)，其(qi)中隨(sui)著 2,3-BDO 摩爾比的(de)(de)增(zeng)加(jia)，PETRR 的(de)(de)半結(jie)(jie)晶(jing)行(xing)為轉(zhuan)變為無定(ding)形性(xing)質，如 20 ℃衍(yan)射(she)峰(feng)(feng)消失。根據(ju)拉伸恢(hui)復(fu)曲(qu)線，PETRR 表(biao)現(xian)出(chu)優異的(de)(de)彈(dan)性(xing)恢(hui)復(fu)能力，能夠承受(shou) 300% 伸長率范圍內的(de)(de)拉伸并恢(hui)復(fu)，沒有(you)任何永久變形，顯示(shi)出(chu)其(qi)伴隨(sui)跟(gen)腱進行(xing)往復(fu)運動的(de)(de)巨大潛力。綜合考慮到 PETRR-50 相對較低的(de)(de) Tg、無定(ding)形性(xing)質和(he)突出(chu)的(de)(de)機械性(xing)能，后續以 PETRR-50 為主體，進一(yi)步(bu)研(yan)究材料的(de)(de)壓電和(he)生物(wu)性(xing)能。

3.  帶傳(chuan)感(gan)器模塊的(de)(de)(de) PETRR 監(jian)測體內(nei)跟(gen)腱(jian)狀(zhuang)況 PETRR-50 隨著應(ying)變(bian)從 10% 增加到(dao)(dao) 50%，PETRR-50 的(de)(de)(de)輸(shu)出(chu)(chu)電(dian)(dian)壓(ya)從 0.149 V 增加到(dao)(dao) 0.430 V。人工引導兔子(zi)進(jin)行不同的(de)(de)(de)運(yun)動(dong)模式（跑步（圖(tu) 3D)、跳躍（圖(tu) 3E)、拍打（圖(tu) 3F) 和(he)顫抖(dou)（圖(tu) 3G)）時，發(fa)現了(le)輸(shu)出(chu)(chu)電(dian)(dian)壓(ya)具有獨(du)特頻(pin)率和(he)周期性強度。在圖(tu) 3B 中(zhong)，隨著跟(gen)腱(jian)斷裂(lie)(lie)的(de)(de)(de)恢(hui)復(fu)過程(cheng)，壓(ya)電(dian)(dian)輸(shu)出(chu)(chu)電(dian)(dian)壓(ya)逐漸增加，證明(ming)了(le)跟(gen)腱(jian)的(de)(de)(de)功能恢(hui)復(fu)，兔子(zi)的(de)(de)(de)活(huo)動(dong)增加。同時，跟(gen)腱(jian)周圍的(de)(de)(de)溫度保持恒定，表(biao)明(ming)沒有發(fa)生炎癥。此外，如圖(tu) 3C 展示示，修復(fu)過程(cheng)中(zhong)檢測出(chu)(chu)尖銳的(de)(de)(de)壓(ya)電(dian)(dian)峰值，這歸因于兔子(zi)的(de)(de)(de)過度活(huo)動(dong)而出(chu)(chu)現的(de)(de)(de)繼發(fa)性跟(gen)腱(jian)斷裂(lie)(lie)。

4. PETRR 的(de)(de)體外(wai)(wai)生物(wu)相容性(xing)(xing)(xing)和(he)(he)(he)壓電效應 為了研究 PETRR 的(de)(de)細(xi)胞(bao)毒(du)性(xing)(xing)(xing)，設(she)計(ji)體外(wai)(wai)實(shi)驗。除了對(dui)照組(zu)(zu)外(wai)(wai)，還設(she)計(ji)了 PDMS 組(zu)(zu)（聚(ju)二甲硅氧烷，常見(jian)的(de)(de)非壓電體移植材料(liao)）和(he)(he)(he) PETRR 組(zu)(zu)進(jin)(jin)行(xing)(xing)對(dui)比。將大(da)鼠(shu)肌(ji)腱(jian)細(xi)胞(bao)分(fen)(fen)別接(jie)種(zhong)在(zai)組(zu)(zu)織(zhi)培養(yang)板表(biao)面，按分(fen)(fen)組(zu)(zu)添(tian)加不同(tong)材料(liao)，分(fen)(fen)別培養(yang) 24、48 和(he)(he)(he) 72 小時后，對(dui)肌(ji)腱(jian)細(xi)胞(bao)進(jin)(jin)行(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)檢測。熒(ying)光圖像顯(xian)示，各組(zu)(zu)的(de)(de)活(huo)細(xi)胞(bao)（綠(lv)色）率(lv)均在(zai) 90% 以上(shang)，不同(tong)無顯(xian)著差異(yi)。此外(wai)(wai)，通過(guo)細(xi)胞(bao)計(ji)數試劑盒 -8(CCK-8) 測定法檢測細(xi)胞(bao)增(zeng)殖(zhi)。三組(zu)(zu)間無顯(xian)著差異(yi)。此外(wai)(wai)，在(zai)體外(wai)(wai)細(xi)胞(bao)拉(la)伸裝置中模擬 PDMS 和(he)(he)(he) PETRR 對(dui)肌(ji)腱(jian)細(xi)胞(bao)的(de)(de)壓電和(he)(he)(he)機械效應。結(jie)果(guo)顯(xian)示 PETRR 組(zu)(zu)的(de)(de)腱(jian)調(diao)蛋(dan)白(bai)（Tnmd) 表(biao)顯(xian)著高于 PDMS 組(zu)(zu)和(he)(he)(he)對(dui)照組(zu)(zu)。肌(ji)腱(jian)細(xi)胞(bao)的(de)(de)形態用羅丹明（紅(hong)色）染色。在(zai) PETRR 組(zu)(zu)中觀察(cha)到更多的(de)(de)細(xi)長細(xi)胞(bao)。以上(shang)結(jie)果(guo)表(biao)明 PETRR 這種(zhong)壓點材料(liao)可能通過(guo) Tnmd 蛋(dan)白(bai)促進(jin)(jin)腱(jian)調(diao)蛋(dan)白(bai)調(diao)控肌(ji)腱(jian)細(xi)胞(bao)，從而對(dui)機體有治療作用。

5. PETRR 促進大鼠跟腱(jian)功能(neng)和(he)生物力學的(de)(de)(de)恢復(fu)(fu) 大鼠接(jie)受了開放場地試驗，評估其(qi)功能(neng)行為的(de)(de)(de)恢復(fu)(fu)情況。從(cong)解剖形態(tai)學觀察，PETRR 組的(de)(de)(de)肌(ji)(ji)(ji)腱(jian)看起來(lai)最接(jie)近(jin)正常狀態(tai)，具有(you)白色光澤的(de)(de)(de)外(wai)觀和(he)幾(ji)乎正常的(de)(de)(de)長度。結(jie)果表明(ming)，經過 4 周的(de)(de)(de)治(zhi)療，PETRR 組的(de)(de)(de)長度、破壞載荷(he)和(he)彈(dan)性模量均(jun)有(you)顯(xian)著(zhu)改善。當肌(ji)(ji)(ji)腱(jian)治(zhi)療 8 周時，與 PDMS 和(he)對照組相(xiang)比，PETRR 組的(de)(de)(de)肌(ji)(ji)(ji)腱(jian)長度、破壞負荷(he)和(he)彈(dan)性模量都有(you)所提高。此外(wai)，PETRR 組的(de)(de)(de)橫截面(mian)積也顯(xian)著(zhu)減少。PETRR 組的(de)(de)(de)愈合肌(ji)(ji)(ji)腱(jian)具有(you)更高的(de)(de)(de)失(shi)效(xiao)負荷(he)和(he)彈(dan)性模量，這降低(di)了肌(ji)(ji)(ji)腱(jian)斷裂的(de)(de)(de)風險。

6. PETRR 在(zai)體(ti)內(nei)促進(jin)肌腱修復達到正常水平 根據改(gai)良的(de)(de) Stoll 評(ping)分和膠(jiao)原(yuan)體(ti)積評(ping)分顯示(shi)，與(yu)其(qi)他(ta)兩組(zu)相比(bi)(bi)，PETRR 組(zu)的(de)(de)得分更高，表明 PETRR 組(zu)愈合更好(hao)。為(wei)了進(jin)一步評(ping)估肌腱再生(sheng)，通過免疫組(zu)織化學(xue)染色(se)研究了肌腱中 I 型膠(jiao)原(yuan)（Col-I)、III 型膠(jiao)原(yuan)（Col-III) 和 Tnmd 在(zai) 4 周(zhou)和 8 周(zhou)后的(de)(de)表達變化，并且在(zai) 4 周(zhou)和 8 周(zhou)后，PETRR 組(zu)的(de)(de) Col-I/Col III 的(de)(de)比(bi)(bi)率顯著改(gai)善。

 7. PETRR 促進(jin)(jin)肌(ji)腱(jian)(jian)再生的(de)潛(qian)在(zai)機(ji)(ji)制 為(wei)了研究 PETRR 促進(jin)(jin)肌(ji)腱(jian)(jian)再生的(de)潛(qian)在(zai)機(ji)(ji)制，用(yong) PETRR 處理 8 周后的(de)肌(ji)腱(jian)(jian)組(zu)織進(jin)(jin)行 mRNA 測序。使用(yong) Fold change >2 和 q 值(zhi) <0.05 作為(wei)過(guo)濾標準，結果得到(dao) 683 個差異表(biao)達(da)的(de)基因(yin)，包括上(shang)(shang)調(diao)(diao) 377 個和下調(diao)(diao) 306 個。基于(yu)差異基因(yin)富集的(de) GO 功能(neng)，得到(dao)幾(ji)個與機(ji)(ji)械(xie)(xie)相關條目，包括機(ji)(ji)械(xie)(xie)感受(shou)器分化、對機(ji)(ji)械(xie)(xie)刺激(ji)的(de)反應和機(ji)(ji)械(xie)(xie)刺激(ji)的(de)感覺感知。表(biao)明(ming) PETRR 可能(neng)通過(guo)幾(ji)個潛(qian)在(zai)的(de)核心基因(yin)調(diao)(diao)控(kong)這(zhe)些機(ji)(ji)械(xie)(xie)相關功能(neng)促進(jin)(jin)肌(ji)腱(jian)(jian)再生。KEGG 通路(lu)分析表(biao)明(ming)，幾(ji)種(zhong)潛(qian)在(zai)的(de)通路(lu)可以參與促進(jin)(jin)肌(ji)腱(jian)(jian)再生的(de)過(guo)程，包括 VEGF、TNF、NF-Kappa B、IL-17、ECM 受(shou)體(ti)相互作用(yong)、AMPK 信號(hao)通路(lu)等。這(zhe)些關鍵基因(yin)在(zai)分組(zu)上(shang)(shang)也顯示和壓電材料有明(ming)顯的(de)相關性。

參考文獻：

Zilu Ge, Yanxiu Qiao, Weiwei Zhu, et al. Highly stretchable polyester-based piezoelectric elastomer for simultaneously realization of accelerated regeneration and motion monitoring for Achilles tendon rupture. Nano Energy. 2023,108751,ISSN 2211-2855, doi:10.1016/j.nanoen.2023.108751.