Ultrasound-mediated piezoelectric differentiation of neuron-like PC12 cells on PVDF membranes

神经突 MAPK/ERK通路 材料科学 聚偏氟乙烯 细胞生物学 激酶 环磷酸腺苷 刺激 细胞外 生物物理学 神经生长因子 化学 神经科学 生物 生物化学 受体 体外
作者
Marcus Hoop,Xiangzhong Chen,Aldo Ferrari,Fajer Mushtaq,Gagik Ghazaryan,Theo A. Tervoort,Dimos Poulikakos,Bradley J. Nelson,Salvador Pané
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:7 (1): 4028-4028 被引量:192
标识
DOI:10.1038/s41598-017-03992-3
摘要

Electrical and/or electromechanical stimulation has been shown to play a significant role in regenerating various functionalities in soft tissues, such as tendons, muscles, and nerves. In this work, we investigate the piezoelectric polymer polyvinylidene fluoride (PVDF) as a potential substrate for wireless neuronal differentiation. Piezoelectric PVDF enables generation of electrical charges on its surface upon acoustic stimulation, inducing neuritogenesis of PC12 cells. We demonstrate that the effect of pure piezoelectric stimulation on neurite generation in PC12 cells is comparable to the ones induced by neuronal growth factor (NGF). In inhibitor experiments, our results indicate that dynamic stimulation of PVDF by ultrasonic (US) waves activates calcium channels, thus inducing the generation of neurites via a cyclic adenosine monophosphate (cAMP)-dependent pathway. This mechanism is independent from the well-studied NGF induced mitogen-activated protein kinases/extracellular signal-regulated kinases (MAPK/ERK) pathway. The use of US, in combination with piezoelectric polymers, is advantageous since focused power transmission can occur deep into biological tissues, which holds great promise for the development of non-invasive neuroregenerative devices.
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