さまざまなグラフェンの特性の影響 - 広州エフボルト株式会社

Scientific Reports volume 12、記事番号: 13408 (2022) この記事を引用

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ポリマーとグラフェンベースのナノマテリアル (GBN) の複合体は、ポリマーによる多孔質 3D 膜形状への容易な加工と、GBN フィラーによる細胞分化刺激を組み合わせています。ポリマー/GBN 複合材料の臨床応用への一歩を踏み出すことを目的として、この研究では 4 つの異なる GBN の特性の影響について体系的かつ詳細な比較分析を実行します。(i) グラファイト化学プロセス (GO) から得られる酸化グラフェン。 (ii) 還元酸化グラフェン (rGO)。 (iii) 機械的剥離法 (Gmec) によって製造された多層グラフェン。 (iv) 陽極剥離による低酸化グラフェン (Ganodic)。ポリカプロラクトン（PCL）多孔質膜に分散して星状細胞への分化を誘導します。 PCL/GBN 平膜は相反転技術によって製造され、形態およびトポグラフィー、化学構造、親水性、タンパク質吸着、および電気的特性において広範に特徴付けられています。細胞特異的星状細胞のモデルとして、ラット C6 神経膠腫細胞を用いた細胞アッセイを実施しました。注目すべきことに、GBN の充填量が低い (0.67 wt%) と、PCL/GBN 膜間の C6 分化の応答に重要な違いが生じました。 PCL/rGO 膜および PCL/GO 膜は、星状細胞分化に関して最も高い生体分子マーカーを示しました。我々の結果は、rGOおよびGOナノ材料の化学的構造欠陥とタンパク質吸着機構が、星状細胞分化を促進するためのPCL/GBN膜に独特の特性を与える最も考えられる原因であることを指摘した。全体として、私たちの体系的な比較研究は、インビトロ神経モデル用の3D PCL/グラフェン複合中空糸膜に関する将来の研究のためのGBNの特徴の役割を識別するための一般化可能な結論と新しい証拠を提供します。

血液脳関門（BBB）は、中枢神経系（CNS）の恒常性を選択的に制御し、毒素や病原体から保護する脳毛細血管の動的かつ複雑な構造です1、2。残念ながら、BBB は CNS 疾患の治療にとって重要なハードルとなるため、多くの有望な治療戦略は期待された結果を示せませんでした。したがって、物理的、生化学的、特異的なバリア特性により、ほとんどの治療薬が脳に侵入するのを防ぎます 3,4。

インビトロ神経モデルの開発は、神経変性疾患の理解と新しい神経保護療法の設計にとって潜在的に不可欠な知識源を構成します。これらは、神経疾患を対象とした細胞試験のための、神経細胞培養に基づく新しい薬物スクリーニングプラットフォームを計画する機会を提供することができます。 in vitro BBB モデルの成果は、脳障害に対する新薬や治療法の有効性を確実にスクリーニングするのに役立つため、最も重要です。動的 BBB (DIV-BBB) モデルの開発は、管腔表面で内皮細胞を培養するためのプラットフォームとして市販のポリマー中空糸を使用し、流体力学の観点から生理学的環境を再現し、より効率的な in vitro BBB 再構築 (測定値) を実証しました。参照の Transwell 法よりも経内皮電気抵抗 (TEER) を介して間接的に行われます 1,5。ただし、DIV-BBB モデルは依然としてネイティブ BBB 組織よりもはるかに低い TEER 値を示します。

内皮細胞とアストロサイトの共培養は、アストロサイトが脳の発達と機能、および内皮細胞の表現型の調節において重要な役割を果たしていることが観察されているため、in vitroでのBBB再構築を改善するための効率的な手順として提案されています。可溶性因子を介した細胞間コミュニケーションの制御および星状細胞と内皮細胞の直接的な相互作用による、BBB モデルの細胞の制御。 DIV-BBB モデルの研究では、通常、星状細胞に誘導された内皮細胞と C6 ラット神経膠腫細胞の共培養が使用されます 7、8、9。 C6 分化の生化学的プロトコルは何らかの形で十分に標準化されているため、これらの研究は満足のいく星状細胞分化を想定しています。しかし、この用途に使用される市販のポリマー中空繊維 (主にポリプロピレンとポリ二フッ化ビニリデン) は細胞接着性が低く、生体不活性です。さらに、我々の以前の研究10では、ポリカプロラクトン（PCL）ポリマー中空糸の表面上でC6細胞のアストロサイト分化を誘導するために標準的なプロトコールを使用したにもかかわらず、ガラスカバースリップポジティブコントロールとは対照的に、分化の速度と質が制限されていることを観察しました。

rGO (10.8%) > Gmec (3.6%) > Ganodic (3.0%). We note that, although in principle, the oxygen content could be also evaluated from the data gathered in Table 1 by making some assumptions on the bond type (e. g., epoxy or hydroxyl), the intrinsic asymmetry of the graphitic carbon band would usually lead to an overestimation of the oxygen atomic percent. Indeed, even when the graphitic bands are fitted with an asymmetric function, as in the present work (see “Graphene-based nanomaterials synthesis and characterization” for details), part of the intensity actually coming from the tail of the graphitic signal is wrongly assigned to oxygen-containing groups. However, although the oxygen content is more accurately determined from the survey spectra (Table S1), the deconvolution data are still useful for a semi-quantitative comparison between the different materials (Table 1)./p> PCL/Ganodic > PCL/rGO > PCL/Gmec. Particularly, on PCL/Gmec membranes (Fig. 3A) there were areas where Gmec was not detected. In contrast, the rest of PCL/GBN membranes presented GBNs concentration at any point measured on the surface. It is also remarkable the low absolute intensity of the Raman spectrum of PCL/Ganodic membranes (Fig. 3B) and the presence of high intensity bands corresponding to GO throughout PCL/GO surface (Fig. 3D). Raman and FTIR spectroscopy in Fig. S2A,B, respectively, confirm the presence of characteristic bands of GBNs in the PCL membranes./p> PCL/rGO (22.3 ± 2.7%) > PCL/Ganodic (9.1 ± 0.7%) > PCL/Gmec (8.8 ± 2.7%) > PCL (4.7 ± 2.7%). Specifically, PCL, PCL/Gmec and PCL/Ganodic membranes yielded round-cell morphology (Fig. 5A–C) and 60–75% of the total cells displayed only one cellular projection (Fig. 5G). Remarkably, C6 cells cultured on PCL/Gmec (Fig. 5B) formed cell clusters that resembled multicellular spheroid-like structures as previously reported63. In contrast, PCL/rGO and PCL/GO membranes substantially stimulated the formation of two to five cell extensions, resembling the typical stellate morphology of astrocytes (Fig. 5D,E,G). Both PCL/rGO and PCL/GO membranes promoted a marked change in cell shape to an asymmetrical shape with elongated processes. Around 22% and 31% of C6 cells exhibited more than two projections on PCL/rGO and PCL/GO membranes, respectively, a proportion significantly higher than that estimated in C6 cells grown on glass coverslips (positive controls), where only 3% of cells had more than two cellular projections./p> PCL/GO (2.37 ± 0.15) > PCL/rGO (2.33 ± 0.16) > PCL/Gmec (1.34 ± 0.13). Interestingly, the expression levels in PCL/Ganodic, PCL/GO and PCL/rGO membranes were significantly higher in comparison with the level in PCL membranes normalized to 1 (Fig. 5H). Regarding Slc1a3 (Glast) expression, only C6 cells grown on PCL/rGO (1.66 ± 0.31) and PCL/GO (2.97 ± 0.06) membranes showed significantly increased levels when compared with C6 cells cultured on PCL membranes (Fig. 5H). Finally, Fig. 5I presents the Western blotting of cell lysates, revealing a relative 1.6-times increase in nestin protein expression in C6 cells cultured on PCL/rGO and PCL/GO membranes compared to PCL./p> 99.8%, Honeywell) solutions and UV light, and washed with sterile PBS to remove EtOH traces, all in a laminar flow cabinet./p>