三維碳材料神經(jīng)支架研究取得進(jìn)展

微環(huán)境中支架維度 、剛度 、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等物理因素 ，表面功能團(tuán)修飾等化學(xué)因素 ，以及胞外因子緩控釋等生物因素 ，決定了干細(xì)胞增殖狀態(tài)與分化方向的命運(yùn) 。

 

基于石墨烯和碳納米管的生物材料具有優(yōu)異的生物相容性 、突出的導(dǎo)電性以及良好的可操作性和機(jī)械穩(wěn)定性 ，在神經(jīng)電極 、組織工程和再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域獲得較廣泛的應(yīng)用 。碳納米管的一維獨(dú)特結(jié)構(gòu)使其能夠與細(xì)胞形成緊密聯(lián)系從而促進(jìn)神經(jīng)電信號(hào)傳導(dǎo) ；三維石墨烯具有優(yōu)異的三維可操作性 ，可為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供良好的三維微環(huán)境 。

 

中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所納米-生物界面重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室程國(guó)勝團(tuán)隊(duì)一直以來(lái)致力于開(kāi)發(fā)基于碳材料的三維生物支架 ，模擬體內(nèi)微環(huán)境的復(fù)雜性 ，構(gòu)建神經(jīng)干細(xì)胞和原代神經(jīng)元的生長(zhǎng)微環(huán)境 。該團(tuán)隊(duì)率先提出了三維石墨烯泡沫神經(jīng)支架 ，經(jīng)過(guò)多年努力，對(duì)三維石墨烯如何調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞增殖 、分化 、遷移 、粘附 ，進(jìn)行了深入研究 ，取得了系統(tǒng)性的研究成果 。

 

三維石墨烯生物學(xué)特性與其結(jié)構(gòu)和尺寸緊密聯(lián)系 ，通過(guò)控制三維石墨烯的結(jié)構(gòu)和尺寸 ，能夠有效調(diào)控其性質(zhì) ，以滿足不同的應(yīng)用需求 。該團(tuán)隊(duì)利用微納加工技術(shù)的可控性 ，采用光刻 、電鍍 、退火、化學(xué)氣相沉積等方法獲得形狀和尺寸均一的“量身定制”三維石墨烯支架 。在此工作基礎(chǔ)上 ，在三維石墨烯的底部設(shè)計(jì)了二維石墨烯薄膜，利用化學(xué)氣相沉積法構(gòu)建了三維-二維石墨烯復(fù)合支架 ，將其作為神經(jīng)支架 ，底部二維石墨烯薄膜能夠?yàn)樯窠?jīng)細(xì)胞在孔隙間的有效跨越提供支撐 ，更好地模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 。此外 ，該復(fù)合支架的形狀和尺寸精確可控 ，通過(guò)改變支架寬度可調(diào)控神經(jīng)祖細(xì)胞的定向分化行為 ，該研究結(jié)果于近期發(fā)表 。

 

最近 ，程國(guó)勝團(tuán)隊(duì)通過(guò)與意大利國(guó)際高等研究院（SISSA）合作 ，成功構(gòu)建了“互聯(lián)互通”三維石墨烯-碳納米管復(fù)合網(wǎng)絡(luò)支架 。這種三維碳復(fù)合材料成功克服了傳統(tǒng)三維石墨烯泡沫空隙過(guò)大的缺點(diǎn) ，同時(shí)真正意義上實(shí)現(xiàn)了碳納米管三維空間網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。碳納米管在石墨烯表面的原位生長(zhǎng) ，使得復(fù)合支架具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和機(jī)械穩(wěn)定性 ，實(shí)現(xiàn)了碳納米管和石墨烯的三維幾何 、機(jī)械和電學(xué)互聯(lián)互通 。利用這種復(fù)合支架培養(yǎng)原代大腦皮層神經(jīng)元 ，其能更好地模擬大腦皮層的復(fù)雜性 。將腦膠質(zhì)瘤細(xì)胞種植在構(gòu)建的大腦皮層模型中 ，利用先進(jìn)的成像和分析技術(shù) ，系統(tǒng)研究了單膠質(zhì)瘤細(xì)胞在三維空間上的速度分步 ，成功構(gòu)建了腦膠質(zhì)瘤的運(yùn)動(dòng)模型 。對(duì)于新型藥物的篩選以及進(jìn)一步的精準(zhǔn)醫(yī)療具有重要意義 。目前該工作以內(nèi)封面發(fā)表在《先進(jìn)材料》上 。Wiley旗下Advanced Science News對(duì)該工作進(jìn)行了重點(diǎn)視頻報(bào)道 。

 

這些研究得到“干細(xì)胞研究”國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃 、國(guó)家自然科學(xué)基金委國(guó)際合作重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng) 、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的資助 ，并得到蘇州納米所分析測(cè)試與加工平臺(tái)的大力支持 。

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