三維碳材料神經(jīng)支架研究取得進展

微環(huán)境中支架維度 、剛度 、拓撲結構等物理因素 ，表面功能團修飾等化學因素 ，以及胞外因子緩控釋等生物因素 ，決定了干細胞增殖狀態(tài)與分化方向的命運 。

 

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 、突出的導電性以及良好的可操作性和機械穩(wěn)定性 ，在神經(jīng)電極 、組織工程和再生醫(yī)學等領域獲得較廣泛的應用 。碳納米管的一維獨特結構使其能夠與細胞形成緊密聯(lián)系從而促進神經(jīng)電信號傳導 ；三維石墨烯具有優(yōu)異的三維可操作性 ，可為細胞的生命活動提供良好的三維微環(huán)境 。

 

中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所納米-生物界面重點實驗室程國勝團隊一直以來致力于開發(fā)基于碳材料的三維生物支架 ，模擬體內(nèi)微環(huán)境的復雜性，構建神經(jīng)干細胞和原代神經(jīng)元的生長微環(huán)境 。該團隊率先提出了三維石墨烯泡沫神經(jīng)支架 ，經(jīng)過多年努力 ，對三維石墨烯如何調控神經(jīng)干細胞增殖 、分化 、遷移 、粘附 ，進行了深入研究 ，取得了系統(tǒng)性的研究成果。

 

三維石墨烯生物學特性與其結構和尺寸緊密聯(lián)系，通過控制三維石墨烯的結構和尺寸 ，能夠有效調控其性質 ，以滿足不同的應用需求 。該團隊利用微納加工技術的可控性 ，采用光刻 、電鍍 、退火 、化學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 。在此工作基礎上 ，在三維石墨烯的底部設計了二維石墨烯薄膜 ，利用化學氣相沉積法構建了三維-二維石墨烯復合支架 ，將其作為神經(jīng)支架 ，底部二維石墨烯薄膜能夠為神經(jīng)細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 。此外 ，該復合支架的形狀和尺寸精確可控 ，通過改變支架寬度可調控神經(jīng)祖細胞的定向分化行為 ，該研究結果于近期發(fā)表 。

 

最近 ，程國勝團隊通過與意大利國際高等研究院（SISSA）合作 ，成功構建了“互聯(lián)互通”三維石墨烯-碳納米管復合網(wǎng)絡支架 。這種三維碳復合材料成功克服了傳統(tǒng)三維石墨烯泡沫空隙過大的缺點 ，同時真正意義上實現(xiàn)了碳納米管三維空間網(wǎng)絡的構建 。碳納米管在石墨烯表面的原位生長 ，使得復合支架具有優(yōu)異的導電性和機械穩(wěn)定性 ，實現(xiàn)了碳納米管和石墨烯的三維幾何 、機械和電學互聯(lián)互通 。利用這種復合支架培養(yǎng)原代大腦皮層神經(jīng)元 ，其能更好地模擬大腦皮層的復雜性 。將腦膠質瘤細胞種植在構建的大腦皮層模型中 ，利用先進的成像和分析技術 ，系統(tǒng)研究了單膠質瘤細胞在三維空間上的速度分步 ，成功構建了腦膠質瘤的運動模型 。對于新型藥物的篩選以及進一步的精準醫(yī)療具有重要意義 。目前該工作以內(nèi)封面發(fā)表在《先進材料》上 。Wiley旗下Advanced Science News對該工作進行了重點視頻報道 。

 

這些研究得到“干細胞研究”國家重大科學研究計劃 、國家自然科學基金委國際合作重點專項 、江蘇省重點研發(fā)計劃等的資助 ，并得到蘇州納米所分析測試與加工平臺的大力支持 。

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