通過參與組織形成、組織再生和傷口愈合，定向細(xì)胞遷移和排列對再生醫(yī)學(xué)非常有益。調(diào)節(jié)細(xì)胞遷移和排列的能力將是再生醫(yī)學(xué)的寶貴資產(chǎn)。細(xì)胞排列和遷移的機制被認(rèn)為是造成這些影響的原因，包括電壓門控離子通道、g蛋白偶聯(lián)受體、整合素、細(xì)胞極化和內(nèi)源性電場。ES作為物理方法因其可以激活陰極或陽極附近細(xì)胞的特定信號通路，誘導(dǎo)細(xì)胞遷移和排列而備受關(guān)注。

電刺激對細(xì)胞排列的影響

許多方法都能夠通過外部因素誘導(dǎo)細(xì)胞遷移和排列，例如添加生物活性因子，提供單獨的表面模式，研究表明物理方法比所有其他技術(shù)更能引導(dǎo)細(xì)胞遷移和排列。ES對細(xì)胞排列有顯著的影響，它會使隨機細(xì)胞重新排列，隨著ES方向的改變，細(xì)胞排列的方向也會逐漸改變。有些類型的細(xì)胞垂直于電場矢量的方向排列，以最小化整個細(xì)胞的電場梯度。ES強度通常<10 V/cm，隨著ES強度的增加，細(xì)胞排列更好，但細(xì)胞活性相對降低。在100 mA單相ES存在時，成骨細(xì)胞的伸長和增殖主要依賴于ES，而地形特征起次要作用。

電刺激對細(xì)胞遷移的影響

細(xì)胞響應(yīng)于ES的定向遷移被稱為電趨向性。ES對細(xì)胞遷移的引導(dǎo)作用也因細(xì)胞類型的不同而不同。ES極性的逆轉(zhuǎn)逆轉(zhuǎn)了細(xì)胞的遷移方向。ES強度可以刺激細(xì)胞從最小的0.1 V/cm遷移到最大的12 V/cm，并且不會對細(xì)胞造成任何明顯的損傷，不影響細(xì)胞表型或分化潛能。同時，隨著ES強度的增加，細(xì)胞的遷移速度和距離逐漸增加。

ES對細(xì)胞遷移的作用機制

導(dǎo)致電趨向性的具體機制尚不清楚。內(nèi)源性微環(huán)境、離子通道、膜受體、轉(zhuǎn)運蛋白以及相互競爭的信號通路可能涉及多種因素。除了信號通路外，電壓門控Ca2+通道等離子通道也是ES過程中膜極化和細(xì)胞響應(yīng)的重要組成部分。所有活細(xì)胞都有跨膜電位。電流通過離子通道和轉(zhuǎn)運體誘導(dǎo)離子(Na+、Cl?、K+、Ca2+等)的流動。

作為對ES的響應(yīng)，細(xì)胞內(nèi)分子和運輸通道發(fā)生極化，然后離子流發(fā)生并觸發(fā)細(xì)胞骨架變化，從而指導(dǎo)細(xì)胞遷移，因此，鈣內(nèi)流有助于細(xì)胞持續(xù)向陰極遷移。

電刺激對細(xì)胞增殖的影響

適當(dāng)?shù)腅S可以促進(jìn)細(xì)胞增殖，通常在<1 V/cm的持續(xù)刺激下。在ES強度范圍內(nèi)，細(xì)胞增殖率隨強度增加而增加。>100 V/cm的高強度ES也有利于細(xì)胞在短時間內(nèi)(< 1 ms)的單次刺激中增殖，但過高的強度會導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

電刺激對細(xì)胞分化的影響

基于細(xì)胞分化的治療為再生醫(yī)學(xué)提供了一條很有前途的途徑。短期(幾分鐘)、低強度(0.06~6 V/cm)ES可促進(jìn)人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞、肌肉前體細(xì)胞的心臟分化，形成胚狀體。

在大多數(shù)情況下，ES促進(jìn)細(xì)胞增殖和分化，增強細(xì)胞陰極遷移和向場載體的對齊，主要通過EGFR、PI3K和Ca2+相關(guān)機制。ES可以通過金屬生物材料、導(dǎo)電聚合物或碳材料制成的組織工程支架來傳遞，主要方法有直接耦合、電容耦合和利用電磁場。在未來，特定材料/結(jié)構(gòu)和ES的結(jié)合將比其他類型的刺激提供許多優(yōu)勢，并允許精確的細(xì)胞調(diào)節(jié)。開發(fā)安全有效的隔板式支架與ES結(jié)合，能夠區(qū)分不同區(qū)域進(jìn)行不同刺激，仍然需要克服一些挑戰(zhàn)。