供稿人:郝志巖 王玲 供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 發(fā)布日期：2020-12-21
人體內(nèi)有數(shù)以億計(jì)的神經(jīng)元，組成非常復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，和其他部位組織不同的是神經(jīng)組織具有獨(dú)特的電生理特性，支配人體的各種感覺和運(yùn)動(dòng)。近年來，學(xué)者們嘗試各種方法構(gòu)建仿生支架用于神經(jīng)再生。導(dǎo)電生物材料對(duì)于模仿組織（如神經(jīng)、骨骼肌和心血管組織等）的電生理特性以及作為生物傳感器（生物電極、柔性可穿戴設(shè)備和電控藥物輸送系統(tǒng)等）在組織修復(fù)中有著重要的應(yīng)用。
斯蒂文斯理工學(xué)院王紅軍教授團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果證實(shí)了超細(xì)纖維模板的制作與指定的圖案由PLCL解決方案，可在NFEP期間調(diào)節(jié)纖維直徑（15至150μm）和纖維間覆蓋角（45°、60°、75°、90°）。借助聚乙烯亞胺（BPEI），GO通過靜電作用逐層（L-b-L）涂覆在PLCL超細(xì)纖維上，然后原位轉(zhuǎn)化為rGO。在rGO封裝的PLCL超細(xì)纖維上分別培養(yǎng)了原代小鼠海馬神經(jīng)元和大鼠嗜鉻細(xì)胞瘤（PC-12細(xì)胞），非常類似于神經(jīng)元樣細(xì)胞。
圖1 電刺激下導(dǎo)電微纖維結(jié)構(gòu)形成神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的示意圖
圖1、2顯示3D導(dǎo)電微纖維的具體制備過程和表征，如圖2A所示，采用PLCL作為生物墨水，制備的纖維直徑可控（15-141um），在支化聚乙烯亞胺(BPEI)的輔助下，氧化石墨(GO)烯通過靜電相互作用，逐層(L-b-L)涂覆在PLCL微纖維上，然后原位轉(zhuǎn)化為還原氧化石墨烯（rGO）。圖B、C、D、E依次是纖維支架的掃描電鏡、傅里葉紅外掃描和導(dǎo)電性能表征。
圖2 3D導(dǎo)電微纖維的制備和表征
該團(tuán)隊(duì)還探索了通過微纖維直徑控制神經(jīng)突定向生長的方法, 將三個(gè)具有選定直徑（小= 15 μm，中= 70 μm和大= 148 μm）的代表性PLCL支架L–b–L涂有25層GO，然后通過還原為Rgo。在小直徑（17 μm）rGO封裝的微圖案上觀察到定向神經(jīng)突向外生長，并且這種引導(dǎo)的神經(jīng)突延伸緊緊跟隨微纖維的方向。在72微米或150微米超細(xì)纖維的微圖案上，注意到了神經(jīng)突向外生長的最小方向引導(dǎo)，很容易失去它們的初始排列。在直徑較大的纖維（72和150 μm）上，神經(jīng)突的分布更加分散，并且神經(jīng)突很容易分支并包裹纖維，同時(shí)失去了方向性。
綜上所述，將氧化石墨烯/還原氧化石墨烯涂層于3D PLCL微纖維模板表面以制備導(dǎo)電支架被證明是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和高導(dǎo)電性的有效策略。在NFEP輔助下，可定制超細(xì)纖維的大小及其三維空間組織，為指導(dǎo)三維神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)提供獨(dú)特的地形線索，有望實(shí)現(xiàn)構(gòu)建與人體復(fù)雜程度和相互作用相似的三維神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。