Sensory-motor coupling electrical stimulation driven by a bionic Z‐structured triboelectric nanogenerator improves functional recovery from spinal cord injury

摩擦电效应 纳米发生器 材料科学 脊髓损伤 感觉系统 刺激 脊髓 坐骨神经 神经科学 解剖 生物 复合材料 压电
作者
Botao Lu,Shuaijun Jia,Zhiyuan Wang,Weidong Wu,Liang Yan,Lei Zhu,Dingjun Hao
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:107: 108133-108133 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.108133
摘要

Spinal cord injury (SCI) disrupts the neuronal relay circuits and causes limb paralysis. Although epidural electrical stimulation is a therapeutic approach for SCI, electrical stimulation pattern and continuous self-power capability are critical aspects that affect its effectiveness and clinical translation. Based on the triboelectrification principle, we developed a novel bionic Z-structured triboelectric nanogenerator (BZ-TENG) which can convert the kinetic energy of joint flexion and extension into electricity after implantation adjacent to posterior side of the rat elbow joint. The BZ-TENG had an excellent electrical potential of up to 15 V and stability after 14,000 repeated compressions and it stimulated axonal regeneration without interfering with dorsal root ganglion neuronal activity in vitro. Additionally, we designed an innovative electrical stimulation pattern by transferring BZ-TENG generated currents to both sciatic nerves and the lateral spinal cord, which we named sensory-motor coupling electrical stimulation (SMCS). In vivo, BZ-TENG-SMCS significantly improved the recovery of motor and sensory functions in SCI rats compared to spinal epidural stimulation alone (BZ-TENG-ESA) by promoting motor and sensory tract regeneration, axonal neogenesis, myelination, synapse formation, and inhibition of glial scar formation. The proposed BZ-TENG strategy provides a smart bio-adaptive and sustainable power source in vivo and is in combination with an SMCS pattern a promising novel approach for SCI therapy.
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