微纳尺度的拓扑结构及电场刺激对神经干细胞自我更新与定向分化的调控

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基本信息

项目摘要

神经干细胞能自我更新并分化为神经元样细胞及胶质细胞，可被用于神经系统病变及损伤性治疗。处于体内三维环境中的神经干细胞的更新与分化受多种因素的调控，如何人为调控其自我更新与定向分化成为了目前科学界及医学界的难题。最近的一些研究表明，干细胞微环境中的物理因素能影响干细胞更新分化等功能，这给组织工程与再生医学带来了很大的机遇，但相关的研究还不够深入，特别是在神经干细胞上的研究还鲜见于报道。本项目拟采用微纳加工技术，制备碳基与硅基微纳拓扑结构的神经干细胞培养衬底，同时在此微纳结构衬底上施加电场刺激，可控构建神经干细胞的物理微环境，研究其对神经干细胞自我更新与定向分化的调控机理。本项目试图揭示微纳尺度上的电场力场等物理外场作用下神经干细胞自我更新与定向分化的规律，优化筛选目的拓扑结构衬底及合适的电场刺激模式，为将来微纳芯片参与基于神经干细胞的组织工程与再生医学提供理论依据。

结项摘要

经过本项目三年的实施，我们系统地研究了硅基碳基材料拓扑结构与电场刺激对神经干细胞自我更新与定向分化的调控规律。首先采用微纳加工工艺在硅基材料上制备了各种异向及尺度的拓扑结构，同时采用化学气相沉积法制备了带无序拓扑结构的碳基材料石墨烯衬底。对此两种衬底进行一系列的表面修饰和灭菌等后处理过程，建立了其适宜神经干细胞培养的标准化流程。进一步的实验表明此两种拓扑结构的衬底上神经干细胞粘附、存活良好。更重要的是，我们研究了衬底的拓扑结构对神经干细胞自我更新与定向分化的调控规律。结果表明硅基衬底上的有序的拓扑结构抑制了干细胞的增殖，其线性和类线性结构促进了干细胞向神经元分化；而碳基衬底上无序的拓扑结构促进了干细胞的增殖，其类线性结构也促进了干细胞向神经元分化。并且，拓扑结构的尺寸能决定神经干细胞定向分化的程度。在碳基拓扑结构衬底的基础上，利用其优良的导电性，我们构建了干细胞电刺激元器件，确定了适宜细胞培养及分化的电场刺激的模式、幅度和频率。钙染色实验也表明此衬底上的干细胞能相应电场刺激，具有进一步被调控的能力。在原定的研究内容外，我们也意外地发现拓扑结构具有抑制小胶质细胞过度激活，减弱其介导的神经炎症，并且，其能促进神经干细胞的迁移。依托本项目，我们已经发表6篇学术论文，研究成果对于研究神经干细胞微环境中的物理因子对于干细胞自我更新与定向分化的调控具有一定的指导意义。

项目成果

期刊论文数量（7）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（1）
专利数量（0）
The promotion of neurite sprouting and outgrowth of mouse hippocampal cells in culture by graphene substrates
石墨烯基质促进小鼠海马细胞神经突萌发和生长
  • DOI：
    10.1016/j.biomaterials.2011.08.065
  • 发表时间：
    2011-12-01
  • 期刊：
    BIOMATERIALS
  • 影响因子：
    14
  • 作者：
    Li, Ning;Zhang, Xuemin;Cheng, Guosheng
  • 通讯作者：
    Cheng, Guosheng
双亲性氧化石墨烯的合成及生物相容性
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    高等学校化学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    李宁;张琦;张庆庆;宋琴;齐琳;王龙;唐明亮;靳刚;程国胜
  • 通讯作者：
    程国胜
Anti-inflammatory effects of three-dimensional graphene foams cultured with microglial cells
小胶质细胞培养三维石墨烯泡沫的抗炎作用
  • DOI：
    10.1016/j.biomaterials.2014.05.002
  • 发表时间：
    2014-08-01
  • 期刊：
    BIOMATERIALS
  • 影响因子：
    14
  • 作者：
    Song, Qin;Jiang, Ziyun;Cheng, Guosheng
  • 通讯作者：
    Cheng, Guosheng
The effects of topographical patterns and sizes on neural stem cell behavior.
地形模式和大小对神经干细胞行为的影响
  • DOI：
    10.1371/journal.pone.0059022
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    PloS one
  • 影响因子：
    3.7
  • 作者：
    Qi L;Li N;Huang R;Song Q;Wang L;Zhang Q;Su R;Kong T;Tang M;Cheng G
  • 通讯作者：
    Cheng G
Three-dimensional graphene foam as a biocompatible and conductive scaffold for neural stem cells.
三维石墨烯泡沫作为神经干细胞的生物相容性和导电支架
  • DOI：
    10.1038/srep01604
  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    SCIENTIFIC REPORTS
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Li, Ning;Zhang, Qi;Gao, Song;Song, Qin;Huang, Rong;Wang, Long;Liu, Liwei;Dai, Jianwu;Tang, Mingliang;Cheng, Guosheng
  • 通讯作者：
    Cheng, Guosheng

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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