石墨烯對神經(jīng)干細胞的發(fā)育及功能的作用機制研究.pdf

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

2、生理記錄和傳統(tǒng)的細胞生物學(xué)方法，來研究石墨烯襯底上其細胞膜生物電學(xué)特性——包括靜息膜電位(resting membrane potential，VR)和動作電位的變化以及在增殖條件和分化條件下細胞的行為學(xué)改變。研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯不影響基本的細胞膜電學(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)的細胞的靜息膜電位都要比對照組更低。而在發(fā)育的過程中，

3、相比于對照組細胞，石墨烯襯底上培養(yǎng)的神經(jīng)干細胞及其子代細胞存在更多的動作電位(action potential，AP)發(fā)放。然而，石墨烯對成熟的神經(jīng)干細胞子代細胞的電學(xué)特性則無明顯影響。進一步，石墨烯襯底上培養(yǎng)的神經(jīng)干細胞的生物電學(xué)特性的改變能夠影響神經(jīng)干細胞的行為。最后，通過在石墨烯襯底上的電場模型構(gòu)建，可發(fā)現(xiàn)在石墨烯襯底上的帶負電的細胞膜所產(chǎn)生的電場比對照組細胞的強，這或可解釋細胞在石墨烯襯底上生物電學(xué)特性發(fā)生的變化。我們的實驗結(jié)果