《Biomaterials》：Bioelectric and Physicochemical Foundations of Bioelectronics in Tissue Regeneration
編輯推薦：
本文聚焦生物電子學在組織再生領域的應用。闡述了其生物電和物理化學機制，探討多種組織（如神經、心臟等）的再生策略，分析當前面臨的挑戰，為推動該領域發展提供了全面的理論依據，助力創新治療方案的開發。
引言
組織再生是現代醫學的重大挑戰，現有治療策略如干細胞療法、移植和生物工程材料等雖有前景，但存在免疫排斥、侵入性操作、療效有限和特異性差等問題。生物電子學作為生物學、電子學和材料科學的交叉領域，為組織再生帶來新希望。
其原理基于生物電和物理化學途徑。生物電策略利用電場或電流影響細胞行為，如細胞遷移、增殖和分化；物理化學方面則依賴具有特定性質的先進材料，模擬細胞自然環境，支持再生組織的整合與功能發揮。
如今，基于設備的策略整合了生物電和物理化學信號，生物電子設備能向靶組織傳遞電脈沖，加速修復，結合生物傳感器還能實時監測治療進展。生物電子支架添加導電材料，通過電信號引導組織形成。同時，材料工程致力于改善材料導電性、機械性能和生物相容性，部分材料還具備生物可吸收性，與新組織生長同步降解。本文將深入探討這些機制、相關材料創新及在多種組織再生中的應用，并分析面臨的挑戰和未來發展方向 。
機制、原理和材料創新在組織再生中的應用
生物電信號由跨膜電位和離子通量驅動，在組織再生中發揮關鍵作用，影響細胞行為、模式形成和結構組織，它與納米生物界面材料的物理化學性質相互作用，表面化學、離子環境和電場共同塑造細胞反應。新興策略充分利用這些生物電和物理化學特性，推動組織再生技術發展。
周圍神經系統（PNS）再生
周圍神經系統受傷后具有顯著的再生能力，這依賴于一種稱為沃勒變性（Wallerian degeneration）的生物電級聯反應。在此過程中，離子轉移和電位變化觸發細胞和分子改變，使先天免疫細胞及其功能將受損組織轉化為利于再生的環境 。
心臟再生能力概述
心臟組織再生旨在修復或替換由多種心臟疾病導致的受損心臟組織，這些疾病包括冠狀動脈疾�。–AD）、心肌梗死（MI）、心力衰竭（HF）、心律失常、心臟瓣膜病、心肌病和先天性心臟�。–HDs）等。它們嚴重影響心臟結構和功能，是全球主要死因，凸顯了心臟再生研究的緊迫性。
骨組織再生
骨骼具有強大的再生潛力，骨折通常能通過自身修復機制完全愈合且疤痕較少。但大的骨缺損常超出其固有再生能力，需要臨床干預。傳統的自體骨移植雖為金標準，但存在供體部位并發癥、移植物供應不足和整合效果差等問題 。
皮膚再生能力概述
皮膚再生主要是恢復皮膚的屏障功能，皮膚由表皮、真皮和皮下組織三層構成。對于深度穿透且真皮組織大量缺失的廣泛傷口，自體皮膚修復面臨挑戰，因為重建上皮層所需的角質形成細胞供應不足 。
胃腸道組織再生能力概述
胃腸道（GI）道再生主要是恢復胃腸道的黏膜屏障和整體結構完整性，胃腸道涵蓋從食管到結腸的多個區域。炎癥性腸�。↖BD，包括克羅恩病和潰瘍性結腸炎）、胃腸道癌癥、消化性潰瘍和乳糜瀉等疾病會破壞胃腸道的功能和結構，因此開發有效的胃腸道再生策略至關重要 。
結論和未來展望
生物電子學的快速發展深刻影響了組織再生領域，帶來了創新的醫學療法，不僅加速愈合過程，還顯著提高了患有各種組織相關疾病患者的生活質量。生物電子學融合生物和電子科學，創造出能與生物組織無縫交互的設備，從傳感器到治療裝置，為再生醫學開辟了新途徑。
然而，該領域仍面臨諸多挑戰，如大規模制造、長期穩定性和監管等問題。未來研究應聚焦于克服這些障礙，進一步優化生物電和物理化學策略，開發更先進的材料和設備，以實現更高效、個性化的組織再生治療，推動再生醫學進入新的發展階段。
