Internal‐Friction Network Piezoelectric Hydrogel Microspheres Achieve Physiological Electrical Adaptation to Regulate Mitochondrial Autophagy in Degenerative Tissues

材料科学 自噬 线粒体 生物物理学 细胞凋亡 组织工程 纳米技术 透明质酸 电势能 体内 电流 细胞生物学 膜电位 生物医学工程 化学 压电 微球 明胶 机械能
作者
Huzhe Liu,F. Wang,Weiwei Yi,Siyuan Huang,Zixiang Tang,Bo Liao,胡侦明,Wenguo Cui,Jieliang Shen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (12): e19152-e19152 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adma.202519152
摘要

ABSTRACT Mitochondrial autophagy imbalance critically drives apoptosis and tissue degeneration, requiring physiological electrical adaptation to meet cellular thresholds. However, degenerative tissues exhibit deficient endogenous electrical signals, disrupting cellular energy transfer. Using supramolecular engineering and microfluidic strategies, we constructed an internal‐friction network hydrogel microsphere system through synergistic assembly of piezoelectric bismuth ferrite nanoparticles (BF) and sliding‐ring‐functionalized methacrylated hyaluronic acid (HAMA), achieving physiological electrical adaptation in degenerative tissues. BF convert mechanical stimuli into electrical signals, while the stress‐dependent internal‐friction network regulates energy dissipation. Under low stress, sliding‐ring movement produces low friction with mechanoelectrical conversion loss of 61.5 kJ/m 3 , enhancing electrical generation. Under high stress, main chain straightening increases friction to 78.3 kJ/m 3 , suppressing excessive signals and restoring physiological electrical adaptation. The microspheres generate stable electric fields (95–110 mV/mm) under dynamic loading, promoting mitochondrial autophagy via PINK1/Parkin pathway activation, maintaining stable mitochondrial membrane potential (compared with OS group, the JC‐1 ratio increases by 49.2%), and reducing nucleus pulposus apoptosis by 75%. In vivo experiments demonstrated that microsphere implantation restored the physiological electrical environment, enhanced mitochondrial autophagy, inhibited apoptosis, and delayed intervertebral disc degeneration progression, providing new insights for treating degenerative tissues through electrical adaptation restoration.
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