近日，山东大学齐鲁医院神经外科李刚教授与山东大学晶体材料国家重点实验室刘宏教授团队合作，开发了一种可在细胞表面原位产生无线可控电信号并精准作用于神经干细胞膜，实现了干细胞快速、高效分化的方法并阐述了其作用机制，为创伤性脑损伤的干细胞治疗提供了创新手段。该研究成果以“Ultrasound-activated piezoelectric nanostickers for neural stem cell therapy of traumatic brain injury”为题，发表于国际材料学权威期刊Nature Materials （中科院1区Top，五年IF：44.1）。齐鲁医院神经外科李刚教授，山东大学晶体材料国家重点实验室刘宏教授、仇吉川教授、桑元华教授和基础医学院易凡教授为共同通讯作者，齐鲁医院神经外科博士研究生王文晗和晶体材料国家重点实验室李克熠为论文共同第一作者。

神经干细胞在神经损伤修复中具有巨大潜力，能够分化为新生功能性神经组织替代损伤组织，但其分化速度慢、效率低下制约了治疗效果及临床应用。近年来的研究表明，电刺激不仅能够调控神经系统活动，还可促进神经干细胞向功能神经元分化，修复脑损伤后受损的神经网络。传统的电刺激需要植入电极，所引发的二次损伤和免疫排斥不容忽视，严重阻碍了其临床应用。压电纳米材料（如钛酸钡纳米颗粒等）凭借优异的压电性能及生物相容性，结合超声的深层穿透能力，为无线电刺激提供了可能；然而相关研究却发现，利用压电效应促进神经干细胞分化难以达到理想的效果。

研究团队在实验中发现，分散的钛酸钡纳米颗粒极易被神经干细胞内吞并富集在溶酶体中。一方面，内吞后的纳米颗粒产生的压电电势不能精准刺激到位于细胞膜表面的电压感受受体；另一方面，在溶酶体酸性环境中，压电电势诱导产生了大量活性氧类物质，引发细胞毒性并导致神经干细胞死亡。如何调控材料—细胞相互作用使压电电势精准作用于细胞膜受体便成为无线电刺激应用的关键。针对上述问题，研究团队通过化学键将钛酸钡纳米颗粒负载于还原氧化石墨烯纳米片表面，成功构建了具有优异压电性能的钛酸钡-还原氧化石墨烯复合纳米贴片。压电纳米贴片可以锚定在细胞表面，在超声驱动下，细胞表面的钛酸钡—还原氧化石墨烯复合纳米贴片产生的压电信号直接作用于神经干细胞膜，将电信号传递至细胞跨膜离子通道，促进干细胞分化；同时，组装在石墨烯上钛酸钡纳米颗粒，抑制了细胞的内吞行为，阻断活性氧类物质生成，避免了细胞的死亡，实现了安全高效的精准无线电刺激，为神经干细胞移植治疗脑损伤提供了新的策略和理论依据。

近年来，李刚教授团队与山东大学多个高水平研究团队合作，利用医工交叉的手段在神经再生基础研究及临床转化领域取得系列学术成果，并在国际高水平学术期刊上发表。本研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02214-w

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