碳纳米管:碳管长度影响神经细胞分化

碳纳米管在生物医学中应用广泛,尤其在治疗神经退行性疾病中具有很大的应用潜力,它可以作为组织修复及神经细胞生长的支架材料,也可用作药物输运载体。碳纳米管是纳米材料中相对比较特殊的一类材料,单壁及多壁碳纳米管的直径都在纳米级,而长度大小变化范围很大,可以达到上百微米。当碳纳米管被用作生物医学材料时,不可避免地将与器官或组织相接触,甚至可能被机体细胞吞噬,针对机体与碳纳米管相互作用的研究可以帮助理解其相互作用机理,为在生物医学应用中增加碳纳米管的生物相容性,同时降低其潜在的毒性提供重要参考依据。

中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室的陈春英、赵宇亮研究组与丹麦和美国研究者的合作研究发现,羧基化修饰的碳纳米管在一定剂量浓度下,对共同孵育的PC12细胞没有明显的毒性作用,而其长度因素在细胞分化中起着决定性作用。研究结果显示相对较短的碳纳米管更容易进入或从细胞中排出,而更有趣的是这种特点进而可以促进细胞的分化及突触的生长。进一步的研究表明,碳纳米管对神经营养因子信号通路的影响与这种促进细胞分化的作用间存在着内在的联系,长度较短的碳纳米管可以上调神经营养因子信号通路相关的TrkA/p75 受体的表达,同时Pincher/Gap43/TH 效应蛋白也有明显的上调,这可能是较短碳纳米管具有更强促分化作用的内在分子机理。碳纳米管及其复合材料作为神经细胞生长支架材料、神经电极和药物载体,在神经修复与治疗等领域,具有潜在应用前景。该研究显示,可以通过调节碳纳米管长度来调控碳纳米管的神经生物学效应,包括神经生物医学功能与应用、以及提高生物相容性和降低毒性。这项研究成果发表在2013年Small(Volume 9,Issue 9-10)上,被选为当期封面文章。

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