【顆粒在線訊】神經(jīng)退行性疾病的主要特點是神經(jīng)元退化或死亡，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙，進而影響運動和記憶能力。干細胞治療為神經(jīng)退行性疾病的治療提供了有效途徑，通過誘導(dǎo)干細胞分化為神經(jīng)元，修復(fù)或替代受損缺失的神經(jīng)元，可促進缺失功能恢復(fù)。

　　細胞電活動在早期神經(jīng)元發(fā)育和遷移以及干細胞增殖和分化過程中起重要作用，通過電刺激可調(diào)節(jié)干細胞的分化，實現(xiàn)神經(jīng)突起的定向生長。因此，利用導(dǎo)電支架材料有利于誘導(dǎo)干細胞分化成神經(jīng)元并提高其分化效率，有助于移植細胞與宿主神經(jīng)系統(tǒng)的連接。在眾多導(dǎo)電支架材料中，石墨烯材料以其優(yōu)異的導(dǎo)電性和生物相容性、獨特的拓撲結(jié)構(gòu)獲得關(guān)注。

　　中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員程國勝團隊致力于開發(fā)導(dǎo)電神經(jīng)支架材料，模擬體內(nèi)微環(huán)境的復(fù)雜性，構(gòu)建神經(jīng)干細胞生長微環(huán)境?？蒲腥藛T結(jié)合微納加工技術(shù)，實現(xiàn)了石墨烯支架材料的精確可控制備，并對支架維度、拓撲結(jié)構(gòu)、尺寸等因素對干細胞分化行為的影響開展深入研究，取得了系統(tǒng)性研究成果。（Biomaterials, 2013，34, 6402；Biomaterials, 2014, 35, 6930；Adv. Funct. Mater., 2015, 25, 6165；ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8, 25069 & 34227；Adv. Mater., 2018, 30, 1806132；Carbon, 2019, 145, 90；Small 2020, 16, 1906273；Nano letters 2020, 20, 7043）

　　現(xiàn)有導(dǎo)電支架體系中，大多數(shù)電刺激需要外接導(dǎo)線，且外接導(dǎo)線與支架連接可能需要導(dǎo)電性液體，例如銀漿的使用，因此，外接導(dǎo)線和導(dǎo)線輔助材料會對移植應(yīng)用造成感染和行動不便的隱患。為此，科研人員將石墨烯支架設(shè)計為圓環(huán)形，形成閉合環(huán)路，利用電磁感應(yīng)原理，對導(dǎo)電線圈通交流電后，石墨烯圓環(huán)由于磁場的變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，在環(huán)路內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流可達到無線電刺激調(diào)控干細胞行為的目的（圖1）。科研人員利用化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯線圈，對石墨烯結(jié)構(gòu)形貌進行系統(tǒng)表征（圖2），優(yōu)化外部線圈電流與頻率，篩選出對大鼠存活無影響的電刺激條件，進一步通過無線電刺激促進神經(jīng)干細胞分化為神經(jīng)元的效率（圖3）。該工作發(fā)揮石墨烯材料促進神經(jīng)突起延長的優(yōu)勢，并結(jié)合無線電刺激對神經(jīng)突起生長的促進作用，降低移植損傷，為無線電刺激響應(yīng)型支架材料調(diào)控細胞行為提供了新策略。

　　該研究成果以Strategy for Designing a Cell Scaffold to Enable Wireless Electrical Stimulation for Enhanced Neuronal Differentiation of Stem Cells為題，發(fā)表在Advanced Healthcare Materials上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、廣東省區(qū)域聯(lián)合基金以及江蘇省自然科學(xué)基金等項目的支持。

圖1.無線電刺激誘導(dǎo)神經(jīng)干細胞分化為神經(jīng)元的示意圖

圖2.環(huán)形石墨烯的（a）照片、（b）元素分析結(jié)果、（c）拉曼光譜圖、（d）TEM圖、（e）電子衍射圖以及（f）在正弦交流信號下的感應(yīng)電動勢結(jié)果

圖3.神經(jīng)干細胞在環(huán)形石墨烯支架上分化7天后相關(guān)標記蛋白的表達情況