Piezoelectric Nanoparticle-Based Ultrasound Wireless Piezoelectric Neuromodulation Inhibits Epileptiform Activity of Primary Neurons

压电 钛酸钡 材料科学 纳米颗粒 生物相容性 神经调节 刺激 生物医学工程 纳米技术 神经科学 医学 陶瓷 复合材料 冶金 生物
作者
Yuxiang Zheng,Yongxu Ju,Yang Liu,Fang Yang
出处
期刊:ACS applied bio materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (12): 8543-8551
标识
DOI:10.1021/acsabm.4c01343
摘要

Piezoelectric materials, renowned for their ability to convert mechanical energy into electrical energy, have gained attention for their potential in biomedical applications. In particular, piezoelectric nanoparticles, such as barium titanate nanoparticles, hold great promise for treating neurologically related diseases. In this study, barium titanate piezoelectric nanoparticles are used as stimulators to directly treat epileptic neurons. After being modified by polyethylene glycol, barium titanate nanoparticles have shown excellent biocompatibility and dispersibility. Furthermore, such nanoparticles offer wireless piezoelectric stimulation to neurons in response to low-intensity pulsed ultrasound. More importantly, our experiments reveal that piezoelectric stimulation immediately reduces neuronal intracellular calcium concentration and restores cell viability. These effects are attributed to the opening of voltage-gated calcium channels and the release of active substances. These findings offer insights into the potential of piezoelectric stimulation as an approach for epilepsy treatment and enhance our understanding of the mechanisms underlying electrical stimulation in epileptic neurons.
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