Grafenskum:Hyggelige og ledende stilladser til neurale stamceller

(Phys.org) - Graphen -skum har eksisteret nu i et par år. Deres udbredte anvendelse inden for alt fra elektronik og energilagring til erstatninger for helium i balloner er stadig meget forventet. Forskere fra det kinesiske videnskabsakademi i Suzhou, og Beijing, har nu vist, at grafenskum også kan bruges til at fremstille ledende stilladser til neurale stamceller. Deres åbne papir, offentliggjort i går i Nature's Videnskabelige rapporter , foreslår nye tilgange til neuralt vævsteknik, og muligvis til grænseflade med neurale proteser.

Det er tidligere blevet rapporteret, at grafenplader understøtter vækst og differentiering af humane neurale stamceller (NSC'er) på lignende måde som andre almindelige substrater som glas eller polymer PDMS. Kinesiske forskere har udført banebrydende arbejde med at syntetisere grafenskum til krævende standarder for renhed og ensartethed. Når belagt med laminin eller andre matrixproteiner, disse skum kan potentielt tjene ikke kun som kompatibelt neuralt hus, men også som et middel til at styre lejerne elektrisk.

For at undersøge skumets elektriske egenskaber brugte forskerne cyklisk voltammetri, en almindelig teknik, der ofte bruges i grundlæggende elektrokemi. Deres resultater viste, at cellerne sikkert kunne stimuleres via kapacitiv ladningsinjektion i det potentielle vinduesområde fra -0,2 til + 0,8 V, ligner igen resultater fra 2D -grafenfilmundersøgelser. De bemærkede endvidere, at 3D -skumarkitekturen giver mere effektiv ladningsindsprøjtning og potentielt mere specifik stimulationskapacitet.

Det er lærerigt her at bemærke, at vores smertefulde kollektive historie med asbestfiber har vist os, at geometri kan gøre giften lige så meget som enhver kemisk effekt. Det er ikke kun aspektet af asbestfibrene, men dens ubelejlige skala, der gør dens tilstedeværelse så lumsk i lungen. På samme måde forventede forskerne ikke bare at kaste et par neuroner på et tilfældigt trusswork og forventede, at stigerens trin skulle have en ideel afstand. Faktisk viser billederne fra forfatterne, at de seedede NSC'er klamrer sig til grafenstrukturen som rumvandrings astronauter, der trawler langs en rumstation - men på en eller anden måde overlevede de ikke kun, men syntes at trives.

Grafenskummet blev syntetiseret ved kemisk dampaflejring under anvendelse af en Ni -skumskabelon. Scanningelektronmikroskopobservation viste en porøs struktur, som blev bestemt til et gennemsnit på 100-300um, mens grafens skeletbredde var omkring 100-200um. Overfladekemien af ​​grafenskummet var karakteriseret ved røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS). Kriterierne, der blev brugt til at måle overfladens inertitet, var tilstedeværelsen af ​​en stor top svarende til ikke-oxygenerede ringe og små toppe for C-O-bindingerne.

Cytotoksicitet, evalueret ved hjælp af Calcein-AM og EthD-I-farvning, viste, at 90% af cellerne var levedygtige 5 dage ude. Spredning af NSC'er blev målt ud fra ekspressionen af ​​Ki-67-protein, en markør for celleproliferation, der er fraværende under interfase, og blev oprindeligt udtrykt i 80% af cellerne. Efter 5 dage, cellerne udviste langstrakt celleform med neuritudvækst, og dækkede hele skumoverfladen til sammenløb. Tuj-1-postive neuroner, O4-positive oligodendrocytter, og GFAP-positive astrocytter blev alle observeret i stor overflod.

Det langsigtede kliniske scenario for denne slags undersøgelser udspiller sig stadig. I mangel af vaskularisering, neuroner kan kun tåle at have så mange naboer i nærheden, og modtager stadig tilstrækkelig næring gennem diffusion. Det traditionelle koncept om at bruge nedbrydelige matricer, der senere ville blive implanteret i cortex, mangler endnu at blive realiseret. Kemiske fristelser til at integrere med det lokale neuritiske felt og vaskulatur er lige begyndt at blive undersøgt for disse former for eksplanterende undersøgelser. Permanente matricer med funktionaliserede overflader, der også ville kunne adresseres elektrisk, ville være en kærkommen tilføjelse til dette værktøjskasse.

Ægte kortikal grå substans er en jungle, hvor ustanselig konkurrence om hver kubikmeter nanometer af rummet ikke bare er et spil for overlevelse, det er livsnerven i hver tanke og hukommelse. Hvis du skulle forestille dig brydere i en stålbur match, pakket til hilt, du ville ikke være for langt væk. Hver elektromekanisk stigning, hvert mini-potentiale produceret i en dendrit, er et åndedrag. Lidt ekstra kraft ved indånding til at udøve konkurrenter, der holdes i gensidigt dødsgreb, kun for at få det strammet til igen efter hver udånding. En vellykket introduktion af nybegyndere og metabolisk dårligt stillede væv i dette strategiske landskab ville kræve visse overvejelser på dets vegne. Ekstra stimulering, vækstfaktor, eller iltning kan være lige hvad der kræves for at sikre produktiv udvikling af ny struktur.

En anden endelig meddelelse om, at papiret tager med hjem, antyder, at der må have været givet et vist redaktionelt tålmodighed til de mange åbenlyse grammatiske fejltrin og direkte fraseologiske svagheder, der forståeligt nok blev introduceret af det kinesiske forfatterskab. Det er en lille pris at betale måske for vores gensidige samarbejde. Det er opmuntrende, at vestlige tidsskrifter glæder sig over den fortsatte offentliggørelse af kinesiske fremskridt inden for områder som grafenbehandling, sammen med forfatterens bestræbelser på at gøre det forståeligt for os.

© 2013 Phys.org