磁性氧化石墨烯功能化复合纳米纤维干细胞基神经支架

《Journal of Nanobiotechnology》：Magnetic graphene oxide functionalized composite nanofibrous stem cell-based neural scaffolds

本研究开发了一种基于磁性石墨烯氧化物（MGO）的复合纳米纤维支架，通过电纺技术结合超顺磁Fe3O4纳米颗粒和石墨烯氧化物纳米片，增强了支架的机械性能、电活性和生物相容性。体外实验表明，该支架促进了神经干细胞向兴奋性神经元分化，抑制了过度星形胶质细胞激活，并维持了突触可塑性和功能成熟性。RNA测序分析揭示了其通过神经发生相关通路（如神经营养因子和Wnt通路）调控干细胞分化的机制。动物模型验证了该支架加速轴突再生的效果，证实其通过优化电生理微环境促进神经元定植和神经纤维再生，为神经组织工程提供了多功能的石墨烯基复合材料新方案。

　　

摘要

导电神经支架作为一种有前景的替代自体移植物的方法，已被用于促进神经再生。然而，优化支架材料的电活性特性并阐明其对神经干细胞（NSC）分化的调控机制仍面临关键挑战。磁性氧化石墨烯（MGO）是一种创新的纳米材料，它结合了磁响应性和二维碳基导电性，在调节神经再生方面展现出潜力。尽管如此，其在纳米纤维支架中引导NSC命运的应用仍然有限。在这项研究中，通过电纺技术制备了一种多功能MGO-明胶-聚己内酯（PCL）复合纳米纤维支架，称为MGO功能化纳米纤维神经支架，并对其进行了超顺磁性Fe?O?纳米粒子和氧化石墨烯纳米片的修饰。这种设计提升了支架的机械性能、电活性、生物相容性和结构稳定性。体外实验表明，MGO纳米纤维支架不仅支持NSC的粘附和增殖，还显著促进了其向兴奋性神经元表型的分化，抑制了过度的星形胶质细胞激活，并保持了突触可塑性和功能成熟。RNA-Seq分析显示，该支架与关键神经发生相关通路的富集有关，包括神经营养因子和Wnt相关通路，这些通路与NSC的定向分化和功能成熟相关。进一步使用背根神经节（DRG）模型进行验证，证实了其在加速轴突再生方面的有效性。总体而言，MGO纳米纤维神经支架构建了一个优化的电生理微环境，有利于神经细胞的定向分化和神经纤维再生。这些发现强调了其在调控NSC分化和神经元生长方面的巨大潜力，突显了基于石墨烯的多功能复合材料在神经组织工程中的价值。

图形摘要