Advanced Healthcare Materials：無(wú)線電刺激響應(yīng)型神經(jīng)支架方面取得進(jìn)展

來(lái)源：蘇州納米所 2021-07-22 12:22

神經(jīng)退行性疾病的主要特點(diǎn)是神經(jīng)元退化或死亡，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙，進(jìn)而影響運(yùn)動(dòng)和記憶能力。干細(xì)胞治療為神經(jīng)退行性疾病的治療提供了有效途徑，通過誘導(dǎo)干細(xì)胞分化為神經(jīng)元，修復(fù)或替代受損缺失的神經(jīng)元，可促進(jìn)缺失功能恢復(fù)。

細(xì)胞電活動(dòng)在早期神經(jīng)元發(fā)育和遷移以及干細(xì)胞增殖和分化過程中起重要作用，通過電刺激可調(diào)節(jié)干細(xì)胞的分化，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)突起的定向生長(zhǎng)。因此，利用導(dǎo)電支架材料有利于誘導(dǎo)干細(xì)胞分化成神經(jīng)元并提高其分化效率，有助于移植細(xì)胞與宿主神經(jīng)系統(tǒng)的連接。在眾多導(dǎo)電支架材料中，石墨烯材料以其優(yōu)異的導(dǎo)電性和生物相容性、獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)獲得關(guān)注。

中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員程國(guó)勝團(tuán)隊(duì)致力于開發(fā)導(dǎo)電神經(jīng)支架材料，模擬體內(nèi)微環(huán)境的復(fù)雜性，構(gòu)建神經(jīng)干細(xì)胞生長(zhǎng)微環(huán)境?？蒲腥藛T結(jié)合微納加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了石墨烯支架材料的精確可控制備，并對(duì)支架維度、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、尺寸等因素對(duì)干細(xì)胞分化行為的影響開展深入研究，取得了系統(tǒng)性研究成果。（Biomaterials， 2013，34， 6402；Biomaterials， 2014， 35， 6930；Adv. Funct. Mater.， 2015， 25， 6165；ACS appl. Mater. Interfaces， 2016， 8， 25069 & 34227；Adv. Mater.， 2018， 30， 1806132；Carbon， 2019， 145， 90；Small 2020， 16， 1906273；Nano letters 2020， 20， 7043）

現(xiàn)有導(dǎo)電支架體系中，大多數(shù)電刺激需要外接導(dǎo)線，且外接導(dǎo)線與支架連接可能需要導(dǎo)電性液體，例如銀漿的使用，因此，外接導(dǎo)線和導(dǎo)線輔助材料會(huì)對(duì)移植應(yīng)用造成感染和行動(dòng)不便的隱患。為此，科研人員將石墨烯支架設(shè)計(jì)為圓環(huán)形，形成閉合環(huán)路，利用電磁感應(yīng)原理，對(duì)導(dǎo)電線圈通交流電后，石墨烯圓環(huán)由于磁場(chǎng)的變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，在環(huán)路內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流可達(dá)到無(wú)線電刺激調(diào)控干細(xì)胞行為的目的（圖1）?？蒲腥藛T利用化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯線圈，對(duì)石墨烯結(jié)構(gòu)形貌進(jìn)行系統(tǒng)表征（圖2），優(yōu)化外部線圈電流與頻率，篩選出對(duì)大鼠存活無(wú)影響的電刺激條件，進(jìn)一步通過無(wú)線電刺激促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞分化為神經(jīng)元的效率（圖3）。該工作發(fā)揮石墨烯材料促進(jìn)神經(jīng)突起延長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合無(wú)線電刺激對(duì)神經(jīng)突起生長(zhǎng)的促進(jìn)作用，降低移植損傷，為無(wú)線電刺激響應(yīng)型支架材料調(diào)控細(xì)胞行為提供了新策略。(生物谷Bioon.com）