【参赛作品】神经损伤修复的希望——有利于神经干细胞轴突对齐生长和分化增强的材料研发

最近,来自美国新泽西州大学化学与生物化学系的Ki-Bum Lee研究团队在《Advanced Materials》杂志上报道了一种石墨烯—纳米颗粒复合材料。这项研究有望对神经元损伤修复方向提供一种利于神经干细胞轴突对齐和分化增强的生长材料。

我们知道,神经损伤疾病对于患者的生活影响巨大。如果有方法可以修复受损的神经系统,将会对医学的发展和人类生活质量的改变有巨大的推动作用。但是,也正如我们熟知的,如果脊髓和周围神经损伤的神经元间距过大,会使神经元不能有效的通讯,进而阻碍神经元的再生过程。这就要求培养用于修复的神经干细胞的过程中,神经元能够被控制有方向性的生长、延展变长以及分化。在过往的研究中就发现,细胞间和细胞—细胞外基质相互作用会在干细胞培养过程中显著的影响其生长、分化和极化。在本文中,Ki-Bum Lee的研究团队报道的石墨烯—纳米颗粒复合结构阵列材料就是这样一种可影响成体神经干细胞的分化和生长的材料。

石墨烯—纳米颗粒复合结构阵列是在单层的300nm的硅颗粒上覆盖氧化石墨烯制备而成。该材料与玻璃、硅纳米颗粒、氧化石墨烯等其他三种衬底材料一起,通过14天的神经干细胞培养后发现,仅在氧化石墨烯和石墨烯—纳米颗粒复合结构两种材料上分化的神经干细胞显示出了很好的准直性和延展的轴突。所以,氧化石墨烯膜的存在对轴突的准直生长至关重要。另外,长在石墨烯—纳米颗粒复合结构上的分化神经干细胞轴突的平均长度比在玻璃上的长20.76%,比在氧化石墨烯上的长11.3%。即使实验者降低初始的细胞种植密度,仍可以发现上述的准直和更长的两种生长特征。这两种对神经干细胞生长的改进,使石墨烯—纳米颗粒复合结构阵列最有希望作为修复神经元生长的支架。

在实验中作者还发现在石墨烯—纳米颗粒复合结构中分化的神经干细胞表达量最高,并且,细胞培养三周后的存活率很高。说明该材料有很好的生物兼容性。

相比于晶体结构类似的MoS2和原生态石墨烯,氧化石墨烯膜在保持细胞准直生长的特点的同时会因其极化官能团使蛋白更容易固定在其表面。

同样将支撑石墨烯—纳米颗粒复合结构的基底替换为组织工程学常用的软基底材料后,实验上也得到了类似的分化神经干细胞。

基于石墨烯—纳米颗粒复合结构材料以上的众多优点,该材料有望应用于神经系统受伤位点转移干细胞后通讯功能的修复过程,为神经损伤修复点燃了新希望。并且,在组织工程学开发,再生药物研发,以及神经科学领域,这种可以影响细胞—细胞外基质相互作用的石墨烯—纳米颗粒复合材料同样有着更广阔的的应用前景。

 

选材出处:Axonal Alignment and Enhanced Neuronal Differentiation of Neural Stem Cells on Graphene-Nanoparticle Hybrid Structures; Advanced Materials 25(38): 5477-5482.