石墨烯對(duì)神經(jīng)干細(xì)胞的發(fā)育及功能的作用機(jī)制研究.pdf

1、在神經(jīng)組織工程領(lǐng)域，理解材料與神經(jīng)細(xì)胞的相互作用可以更好地操縱細(xì)胞行為，有利于實(shí)現(xiàn)神經(jīng)修復(fù)和再生。石墨烯(graphene)被廣泛報(bào)道可作為一種潛在的支架和神經(jīng)界面材料，但其對(duì)細(xì)胞膜生物電學(xué)特性的影響幾乎未見(jiàn)報(bào)道。神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cell，NSC)作為一種具有多種分化潛能的細(xì)胞類型，能夠被誘導(dǎo)分化成為神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，在神經(jīng)修復(fù)和再生領(lǐng)域具有十分重要的作用。本研究使用神經(jīng)干細(xì)胞作為模型，利用單細(xì)胞電

2、生理記錄和傳統(tǒng)的細(xì)胞生物學(xué)方法，來(lái)研究石墨烯襯底上其細(xì)胞膜生物電學(xué)特性——包括靜息膜電位(resting membrane potential，VR)和動(dòng)作電位的變化以及在增殖條件和分化條件下細(xì)胞的行為學(xué)改變。研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯不影響基本的細(xì)胞膜電學(xué)特性，包括電容(capacitance)和輸入阻抗(input resistance，Rin)，但在增殖條件或分化條件下，石墨烯襯底上培養(yǎng)的細(xì)胞的靜息膜電位都要比對(duì)照組更低。而在發(fā)育的過(guò)程中，

3、相比于對(duì)照組細(xì)胞，石墨烯襯底上培養(yǎng)的神經(jīng)干細(xì)胞及其子代細(xì)胞存在更多的動(dòng)作電位(action potential，AP)發(fā)放。然而，石墨烯對(duì)成熟的神經(jīng)干細(xì)胞子代細(xì)胞的電學(xué)特性則無(wú)明顯影響。進(jìn)一步，石墨烯襯底上培養(yǎng)的神經(jīng)干細(xì)胞的生物電學(xué)特性的改變能夠影響神經(jīng)干細(xì)胞的行為。最后，通過(guò)在石墨烯襯底上的電場(chǎng)模型構(gòu)建，可發(fā)現(xiàn)在石墨烯襯底上的帶負(fù)電的細(xì)胞膜所產(chǎn)生的電場(chǎng)比對(duì)照組細(xì)胞的強(qiáng)，這或可解釋細(xì)胞在石墨烯襯底上生物電學(xué)特性發(fā)生的變化。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果