新突破!中意美研究团队研发出可模拟脑神经网络的生物支架

发布时间:2019-02-28

人类脑神经网络形成的过程是由先天因素决定,或受外界感官刺激影响。尽管在医学进步的今天,科学家们对脑部疾病依然束手无策。

 

近日,由中国、意大利、美国学者组成的研究团队,最新研发出一种三维石墨烯—碳纳米管复合网络支架。这种生物支架能很好地模拟大脑皮层结构,未来,研究者们不仅能借助支架清晰、直观地看到脑部疾病的发展过程,还有望将其植入大脑,用于阿尔茨海默症等多种神经退行性疾病的治疗。相关研究成果已于近期发表在材料学领域国际权威刊物《先进材料》上。

 

该碳神经支架由我国率先提出并完成材料制备。科学家用石墨烯模拟大脑内部四通八达的三维框架,把体内正常的神经干细胞移植到细小的碳纳米管中,增殖和定向分化神经元细胞,从而构建出一个“互联互通”的人造神经网络。


 


碳神经支架是一种基于石墨烯、碳纳米管等新型超微碳材料的生物支架。它通过模拟体内复杂的微环境,构建神经干细胞和原代神经元的生长环境。科研人员发现,相比在二维的培养皿中观察、培养神经细胞,三维支架更接近脑部实际环境,经干细胞的增殖和定向分化效率也大大提高。而与现有的胶原支架、水凝胶支架相比,碳神经支架最大的优势在于导电性,可通过电刺激实现神经干细胞的定向分化,分化效率可提高20%左右。

 

研究中,科学家将脑胶质瘤细胞“种植”在构建的大脑皮层模型中,结合先进的成像和分析技术,就能清晰看到肿瘤细胞的发展进程。此外,他们还构建了药物模型,以观察不同抗癌药物对肿瘤的抑制效果。利用这种支架培养原代大脑皮层神经元,能更好地模拟大脑皮层的复杂性。

 

“新支架不仅能用于药物的筛选,未来还可能被移植进人体,用于阿尔茨海默症、帕金森综合征等疾病的治疗。”参与此项研究的中科院纳米-生物界面重点实验室研究员程国胜说,针对多种神经退行性疾病的治疗,医学界已经提出移植神经干细胞的构想。

 

基于石墨烯和碳纳米管的生物材料具有优异的生物相容性、突出的导电性以及良好的可操作性和机械稳定性,在神经电极、组织工程和再生医学等领域获得较广泛的应用。此外,三维碳神经支架作为一种很好的载体,它能帮助医生将神经干细胞精准放置到病变地点,并帮助其增殖、分化,以实现治疗的目的。

 

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