Advanced Biosystems: 自組裝C60富勒烯奈米薄片上培養細菌視紫質轉染的人類纖維母細胞之光遺傳學調控和重新編程

富勒烯具有特殊的結構與光電性質並引起了人們極大的研究興趣,在生醫材料上的應用非常廣泛,包括組織工程、細胞培養、顯影技術等,我們可以同時結合高表現性的細菌視紫質(highly expressible bacteriorhodopsin, HEBR)之光敏蛋白,增加其光電性質。如果能將C60富勒烯奈米薄片作為細胞培養之基板,並將HEBR蛋白轉入細胞中,使細胞具有光感的氫離子通道幫浦,來調控電荷敏感型細胞之行為,可以進一步作為治療一些神經疾病之模型,建立有效之神經治療方法。

臺灣大學高分子科學及工程學研究所徐善慧與合作者針對將C60富勒烯作為培養基材,結合透過綠光刺激的HEBR,發現可以促進人類纖維母細胞在7天內重新編程並分化成類神經細胞。相關結果發表在Advanced Biosystems ( https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adbi.201800254 )上。

細胞幹性可以通過環境壓力因素誘導,如酸度,而輕度酸性刺激可能促進細胞重新編程。在該團隊的研究中,將質子幫浦(HEBR)轉染到細胞中,當用綠光照射轉染HEBR的纖維母細胞時,HEBR將從細胞中幫浦出質子,會導致細胞內外瞬間pH值的變化。瞬時的pH值變化得已使得HEBR轉染的纖維母細胞增加幹性。穩定的電子共振結構在許多文獻中也提到會促進神經幹細胞走向神經細胞的增生和分化,而C60奈米薄片中的自由電子也具有穩定的共振結構。將HEBR質體轉染至人類纖維母細胞中,轉染後的纖維母細胞在光刺激後顯示出更高的多能性,也使得受到轉染的細胞允許利用光調節細胞表型的改變,並且將轉染的細胞在富勒烯自組裝奈米薄片上生長,該研究團隊發現,在綠光的照射下,於C60奈米薄片上生長的HEBR轉染的纖維母細胞能夠分化成類神經細胞,因此作為細胞培養基材的C60奈米薄片可以為神經療法提供更有效的光遺傳學方法。HEBR和C60奈米薄片的整合可用於調節人類纖維母細胞成為類神經細胞,這在未來可在神經修復中具有潛在的應用。