Biomimetic Piezoelectric Nanoparticles for Targeted Ultrasound-Driven Neuromodulation and Precise Neurotransmitter Release

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作者
Yueyang Shang,Tianyu Gao,Hao Zhu,Xiulin Sun,Jing Wang,Xinmiao Lan,Di ZHAO,Peijian Feng
出处
期刊:ACS Biomaterials Science & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (8): 4207-4221
标识
DOI:10.1021/acsbiomaterials.6c00476
摘要

Electrical stimulation serves as a fundamental tool for neuromodulation. Piezoelectric nanomaterials have become a central focus in wireless, battery-free electrical stimulation, which holds great promise for modulating neural circuits and treating neurological disorders. However, ultrasound-activated piezoelectric stimulation remains limited by off-target effects, low spatial precision, and inefficient energy transfer. Here, we developed a cell-targeting neuromodulation strategy using L-Dopa-coated barium titanate nanoparticles (BT-Dopa NPs). The biomimetic L-Dopa coating significantly enhances nanoparticle dispersibility and improves neuronal targeting efficiency. Under ultrasound excitation, these BT-Dopa NPs generate localized electrical currents that effectively stimulate Ca2+ influx and trigger the release of key catecholamine neurotransmitters, including dopamine and norepinephrine, from PC 12 cells. This on-demand stimulation was achieved without inducing significant cytotoxicity, providing a minimally invasive platform for precise neural circuit modulation.
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