內(nèi)耳螺旋神經(jīng)元 (Spiral ganglion neurons, SGNs)的損傷或退化會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的聽力損失,SGNs定向再生在提高聽覺治療效果方面顯示出巨大潛力。近年來一些生物材料已被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)組織再生領(lǐng)域,其中超順排碳納米管(SA-CNTs)因其優(yōu)異的導(dǎo)電性和機(jī)械性能被廣泛關(guān)注,但由于缺乏3D拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),SA-CNTs 難以模擬神經(jīng)組織中的細(xì)胞外基質(zhì)。大藍(lán)閃蝶鱗翅作為一種天然 3D 支架,表面具有高度各向異性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),已被證明適用于光子器件、分子傳感器和自清潔表面。但具有導(dǎo)電特性的閃蝶鱗翅在神經(jīng)組織工程領(lǐng)域尚未見報(bào)道。
2021年8月19日,東南大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院柴人杰團(tuán)隊(duì)和南京鼓樓醫(yī)院趙遠(yuǎn)錦團(tuán)隊(duì)、錢曉云團(tuán)隊(duì)合作在Small雜志在線發(fā)表了題為Topographically Conductive Butterfly Wing Substrates for Directed Spiral Ganglion Neuron Growth的研究論文并入選當(dāng)期封面文章(back cover)。該研究構(gòu)建了一種具有表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的新型3D導(dǎo)電微結(jié)構(gòu),能夠誘導(dǎo)SGNs定向生長并促進(jìn)神經(jīng)元功能成熟。
本研究中,受具有天然微槽表面結(jié)構(gòu)的大藍(lán)閃蝶翅膀的啟發(fā),魏浩等研究人員通過在閃蝶鱗翅上集成 SA-CNT 和 GelMA 水凝膠,構(gòu)建了一種具有表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的新型3D導(dǎo)電微結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,該復(fù)合材料不僅保留蝴蝶翅膀表面精致的3D拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),還繼承了 SA-CNTs 優(yōu)異的導(dǎo)電性能。同時(shí)GelMA水凝膠進(jìn)一步限制了 SA-CNTs 的非均勻分布和團(tuán)聚,并提高了復(fù)合材料的生物相容性。
研究團(tuán)隊(duì)以構(gòu)建的拓?fù)鋵?dǎo)電鱗翅作為襯底,進(jìn)行SGNs體外培養(yǎng)。結(jié)果顯示復(fù)合材料襯底上培養(yǎng)的神經(jīng)元上表現(xiàn)出驚人的與鱗翅表面的凹槽結(jié)構(gòu)相平行的定向生長行為,并顯著促進(jìn)神經(jīng)元軸突長度生長。掃面電鏡及生長錐染色進(jìn)一步觀察到SGNs與襯底的相互作用,絲狀偽足對襯底表面形貌具有一定的機(jī)械響應(yīng)作用。此外復(fù)合材料良好的導(dǎo)電性可以明顯促進(jìn)突觸的發(fā)育和成熟。
綜上所述,該研究提出了一種SA-CNTs和大藍(lán)閃蝶鱗翅相整合的復(fù)合導(dǎo)電拓?fù)湟r底。該拓?fù)鋵?dǎo)電襯底能夠顯著誘導(dǎo) SGN定向生長,同時(shí)在促進(jìn) SGN 的粘附、長度和突觸發(fā)育方面表現(xiàn)出巨大潛力。這些特征表明,基于大藍(lán)閃蝶鱗翅的導(dǎo)電基底可能有助于構(gòu)建用于修復(fù)和/或替換神經(jīng)缺陷的仿生神經(jīng)移植物。
東南大學(xué)柴人杰教授、南京鼓樓醫(yī)院趙遠(yuǎn)錦教授及錢曉云教授為該論文共同通訊作者,錢曉云教授博士生魏浩、趙遠(yuǎn)錦教授博士生陳卓玥、柴人杰教授博士生胡揚(yáng)楠、安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院曹衛(wèi)為論文共同第一作者。該課題得到了中國科學(xué)院“器官重建與制造”A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃干細(xì)胞及轉(zhuǎn)化研究重點(diǎn)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等的資助。