CN114561357B - 基于电磁感应产生的无线电信号加快神经干细胞向神经元分化的方法 - Google Patents
基于电磁感应产生的无线电信号加快神经干细胞向神经元分化的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114561357B CN114561357B CN202210048527.6A CN202210048527A CN114561357B CN 114561357 B CN114561357 B CN 114561357B CN 202210048527 A CN202210048527 A CN 202210048527A CN 114561357 B CN114561357 B CN 114561357B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- stem cells
- electromagnetic induction
- substrate
- permanent magnet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 210000001178 neural stem cell Anatomy 0.000 title claims abstract description 46
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 title claims abstract description 42
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 51
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 39
- 230000001537 neural effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 13
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims abstract description 4
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 claims abstract 2
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 claims abstract 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 13
- NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K iron trichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].Cl[Fe+]Cl NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 7
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 6
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 claims description 2
- 210000004504 adult stem cell Anatomy 0.000 abstract description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 210000000130 stem cell Anatomy 0.000 description 20
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 17
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 8
- 230000024245 cell differentiation Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 4
- 210000004498 neuroglial cell Anatomy 0.000 description 4
- 241000699666 Mus <mouse, genus> Species 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 3
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 3
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 3
- 230000004770 neurodegeneration Effects 0.000 description 3
- 208000015122 neurodegenerative disease Diseases 0.000 description 3
- 208000024827 Alzheimer disease Diseases 0.000 description 2
- 102000009024 Epidermal Growth Factor Human genes 0.000 description 2
- 108090000379 Fibroblast growth factor 2 Proteins 0.000 description 2
- 208000023105 Huntington disease Diseases 0.000 description 2
- 241000699670 Mus sp. Species 0.000 description 2
- 208000018737 Parkinson disease Diseases 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 2
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000012637 gene transfection Methods 0.000 description 2
- 238000003125 immunofluorescent labeling Methods 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- UCSJYZPVAKXKNQ-HZYVHMACSA-N streptomycin Chemical compound CN[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@](C=O)(O)[C@H](C)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](NC(N)=N)[C@H](O)[C@@H](NC(N)=N)[C@H](O)[C@H]1O UCSJYZPVAKXKNQ-HZYVHMACSA-N 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 101800003838 Epidermal growth factor Proteins 0.000 description 1
- 102000003974 Fibroblast growth factor 2 Human genes 0.000 description 1
- 102100024785 Fibroblast growth factor 2 Human genes 0.000 description 1
- 102100039289 Glial fibrillary acidic protein Human genes 0.000 description 1
- 101710193519 Glial fibrillary acidic protein Proteins 0.000 description 1
- 101000979001 Homo sapiens Methionine aminopeptidase 2 Proteins 0.000 description 1
- 101000969087 Homo sapiens Microtubule-associated protein 2 Proteins 0.000 description 1
- 102100023174 Methionine aminopeptidase 2 Human genes 0.000 description 1
- 108090000192 Methionyl aminopeptidases Proteins 0.000 description 1
- 102100021118 Microtubule-associated protein 2 Human genes 0.000 description 1
- 108010025020 Nerve Growth Factor Proteins 0.000 description 1
- 102000007072 Nerve Growth Factors Human genes 0.000 description 1
- -1 Polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 1
- HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N [C].[Si] Chemical compound [C].[Si] HMDDXIMCDZRSNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 210000001130 astrocyte Anatomy 0.000 description 1
- 230000004900 autophagic degradation Effects 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 description 1
- 239000002771 cell marker Substances 0.000 description 1
- 210000003169 central nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 230000009194 climbing Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000001010 compromised effect Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229940116977 epidermal growth factor Drugs 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000001605 fetal effect Effects 0.000 description 1
- 230000002518 glial effect Effects 0.000 description 1
- 210000005046 glial fibrillary acidic protein Anatomy 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 1
- 239000000411 inducer Substances 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000003902 lesion Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 1
- 210000003061 neural cell Anatomy 0.000 description 1
- 230000004766 neurogenesis Effects 0.000 description 1
- 230000004031 neuronal differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000003961 neuronal insult Effects 0.000 description 1
- 239000003900 neurotrophic factor Substances 0.000 description 1
- 210000004248 oligodendroglia Anatomy 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 208000020431 spinal cord injury Diseases 0.000 description 1
- 229960005322 streptomycin Drugs 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 238000002054 transplantation Methods 0.000 description 1
- VBEQCZHXXJYVRD-GACYYNSASA-N uroanthelone Chemical compound C([C@@H](C(=O)N[C@H](C(=O)N[C@@H](CS)C(=O)N[C@@H](CC(N)=O)C(=O)N[C@@H](CS)C(=O)N[C@H](C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)CC)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CC=1C=CC(O)=CC=1)C(=O)N[C@@H](CO)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CS)C(=O)N[C@@H](CCC(N)=O)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)O)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(=O)N[C@@H](CC=1C2=CC=CC=C2NC=1)C(=O)N[C@@H](CC=1C2=CC=CC=C2NC=1)C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCCNC(N)=N)C(O)=O)C(C)C)[C@@H](C)O)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@H](CC(O)=O)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@H](CCC(O)=O)NC(=O)[C@@H](NC(=O)[C@H](CC=1NC=NC=1)NC(=O)[C@H](CCSC)NC(=O)[C@H](CS)NC(=O)[C@@H](NC(=O)CNC(=O)CNC(=O)[C@H](CC(N)=O)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CS)NC(=O)[C@H](CC=1C=CC(O)=CC=1)NC(=O)CNC(=O)[C@H](CC(O)=O)NC(=O)[C@H](CC=1C=CC(O)=CC=1)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@H]1N(CCC1)C(=O)[C@H](CS)NC(=O)CNC(=O)[C@H]1N(CCC1)C(=O)[C@H](CC=1C=CC(O)=CC=1)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@@H](N)CC(N)=O)C(C)C)[C@@H](C)CC)C1=CC=C(O)C=C1 VBEQCZHXXJYVRD-GACYYNSASA-N 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
- C12N5/06—Animal cells or tissues; Human cells or tissues
- C12N5/0602—Vertebrate cells
- C12N5/0618—Cells of the nervous system
- C12N5/0619—Neurons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N13/00—Treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N5/00—Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
- C12N5/06—Animal cells or tissues; Human cells or tissues
- C12N5/0602—Vertebrate cells
- C12N5/0618—Cells of the nervous system
- C12N5/0623—Stem cells
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N2533/00—Supports or coatings for cell culture, characterised by material
- C12N2533/20—Small organic molecules
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N2533/00—Supports or coatings for cell culture, characterised by material
- C12N2533/50—Proteins
- C12N2533/52—Fibronectin; Laminin
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Neurology (AREA)
- Neurosurgery (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Developmental Biology & Embryology (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了基于电磁感应产生的无线电信号加快神经干细胞向神经元分化的方法。通过CVD沉积在镍片上制备石墨烯‑镍片基底，再将PDMS旋涂在石墨烯‑镍片基底上，最后通过刻蚀掉镍片得到石墨烯薄膜。本发明将神经干细胞接种于石墨烯薄膜上，在电磁感应诱导装置中进行分化。利用电磁感应原理，在固定旋转磁场频率的前提下，神经干细胞便可在石墨烯介导，电磁感应诱导产生的固定大小的感应电流或感应电动势的作用下，进行神经分化。本发明制备石墨烯薄膜的方法简单高效，石墨烯薄膜具有良好的生物相容性，本发明的方法可以加快神经干细胞的分化速度，操作简单，可提高成体干细胞向神经元分化的比例。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学工程技术领域，具体涉及基于电磁感应产生的无线电信号加快神经干细胞向神经元分化的方法。
背景技术
神经退行性疾病包括帕金森症(Parkinson’s disease,PD)、阿尔兹海默症(Alzheimer’s disease,AD)、亨廷顿病(Huntington’s disease,HD)及脊髓损伤等已经严重威胁了人类的健康及生活质量。不同类型的神经退行性疾病的病变部位和病因各不相同，但神经细胞的丢失是其共同特性。由于神经元损伤的不可逆和神经元的不可再生，药物只能缓解病症，无法阻止病情的进展，且某些药物副作用大，价格昂贵。因此，获得有功能的神经细胞取代受损细胞成为治疗神经退行性疾病的突破口。
神经干细胞具有自我更新和定向分化的能力，能在植入部位产生分化并产生具有局部特异性的神经细胞，越来越多的证据表明进行有效的细胞移植是修复中枢神经系统损伤的重要治疗方法。神经干细胞不仅可以分化为神经元，也可以分化为星形胶质细胞、少突胶质细胞等。但是大量文章表明，移植至损伤部位的神经干细胞自主分化为神经元的数量极少，且细胞的不定向游走也大大降低了神经损伤的修复效果。因此，急需一种生物相容性良好的支架材料用于固定移植的神经干细胞，同时加快其向神经元定向分化的速度和提高神经元数量。由于神经元的电活动性，导电生物材料协同电刺激作为干细胞神经分化的手段，逐渐受到了人们广泛的重视。电刺激具有低损伤、操作简便和可控的优势。为实现电刺激，研究人员一般选择导电衬底进行干细胞培养，使用导线连接进行脉冲电刺激。然而，外接导线引入的电信号不适用于临床，会对患者造成不便或二次损伤，如何实现原位无导线的电信号输入成为需要解决的瓶颈问题。并且现有技术诱导神经干细胞的分化速度较慢，并且操作复杂、价格昂贵，不利于临床治疗。因此，迫切需要建立一种简单、快捷、高效的诱导神经干细胞神经分化的方法。
发明内容
针对上述问题及需求，本发明的目的是提供基于电磁感应产生的无线电信号加快神经干细胞向神经元分化的方法。本发明的制备方法简单高效，能够实现石墨烯纳米材料平整均匀，在接种细胞过程中不易碎，并且石墨烯纳米材料具有良好的生物相容性，利于神经干细胞的接种和后续的培养。所制备的基底导电性良好，并且厚度均匀、大小可控，在无外接导线的条件下，可利用电磁感应原理将神经干细胞接种在处于旋转磁场中的石墨烯纳米材料基底上，在固定旋转磁场频率的前提下，神经干细胞便可在石墨烯薄膜介导、电磁感应诱导产生的固定大小的感应电流或感应电动势的作用下，进行神经分化。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种石墨烯薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)将甲烷，氢气和氩气通过CVD方法在基底上制备纳米级石墨烯层，得到纳米级石墨烯-基底；
(2)在步骤(1)得到的纳米级石墨烯-基底上滴加PDMS，旋涂均匀后进行反应，得到PDMS-纳米级石墨烯-基底；
(3)将步骤(2)得到的PDMS-纳米级石墨烯-基底进行刻蚀除去基底，清洗、干燥后得到PDMS-纳米级石墨烯，即为石墨烯薄膜。
优选的，步骤(1)中，所述基底为镍片；所述纳米级石墨烯的厚度为10-100nm。
优选的，步骤(2)中，反应的温度为60～80℃，时间为3-24h。
优选的，步骤(3)中，所述刻蚀为将PDMS-纳米级石墨烯-基底放入六水合三氯化铁-稀盐酸的混合溶液中，在室温下浸泡24-72h。
更为优选的，所述六水合三氯化铁-稀盐酸的混合溶液是将浓度为0.1-0.25mol/L的盐酸溶液加入到六水合三氯化铁溶液中制备得到的。
本发明的第二方面，提供上述制备方法制备得到的石墨烯薄膜。
本发明的第三方面，提供石墨烯薄膜在如下1)-5)至少一项中的应用：
1)干细胞增殖、并维持干细胞干性；
2)干细胞的体外扩增；
3)制备维持干细胞干性、促进干细胞分化的培养体系；
4)加速干细胞的神经分化；
5)提高干细胞向神经元分化的比例。
本发明的第四方面，提供一种电磁感应诱导装置，包括永磁铁以及与永磁铁连接的旋转杆；所述旋转杆一端穿过固定器的底面；所述固定器内设有转动电机；所述旋转杆的一端与永磁铁活动连接，另一端与转动电机连接；所述固定器与支撑架连接。
本发明的第五方面，提供电磁感应诱导装置在诱导干细胞神经分化中的应用。
本发明的第六方面，提供基于电磁感应产生的无线电信号加快神经干细胞向神经元分化的方法，包括以下步骤：
(1)将层粘连蛋白包被于石墨烯薄膜上，然后接种上神经干细胞，再加入神经分化培养液，得到培养体系；
(2)将培养体系置于电磁感应诱导装置中，通过永磁铁产生的电磁感应诱导神经干细胞进行神经分化。
优选的，所述培养体系位于永磁铁的正下方。
优选的，所述永磁铁位于干细胞上方2-10cm。
优选的，所述永磁铁的磁场强度为0.1-1特斯拉。
优选的，所述永磁铁的旋转速度为100-1000转/分。
优选的，所述永磁铁产生的感应电流为0.1-100微安；感应电动势为0.1-10mV。
本发明的有益效果：
(1)本发明制备石墨烯薄膜的方法简单高效，可大量生产；本发明制备的石墨烯薄膜具有良好的生物相容性，结构稳定，粘附细胞能力强，具有优异的促进神经干细胞贴壁的能力，可以调控神经干细胞的增殖和分化，适用体外培养干细胞；厚度均匀可控，具有良好的生物相容性，可以直接用于干细胞培养；作为导体，具有良好的电磁感应效率，能够在旋转磁场下产生无线电信号，该电信号可用于诱导神经干细胞的神经分化。
(2)本发明诱导神经干细胞的方法操作简单，诱导装置简单、成本低；本发明的诱导方法利用电磁感应诱导产生的固定大小的感应电流或感应电动势的作用下，进行神经分化；加速成体干细胞的神经分化；提高成体神经干细胞向神经元分化的比例。
附图说明
图1：本发明的PDMS-石墨烯纳米材料基底制备流程示意图；
图2：本发明制备的PDMS-石墨烯纳米材料基底的的扫描电镜图；
图3:旋转磁场处理接种在PDMS-石墨烯纳米材料基底的干细胞，诱导其分化的流程示意图；
图4：免疫荧光染色显示不同材料上神经干细胞向神经元和神经胶质细胞的分化，红色为神经元，绿色为神经胶质细胞；
图5：电磁感应诱导装置的结构示意图；
图6：电磁感应诱导装置的照片：(A)PDMS衬底，(B)石墨烯薄膜，(C)旋转磁场装置置于细胞上方。
其中：1.永磁铁，2.旋转杆，3.固定器，4.转动电机，5.支撑架。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术部分介绍的，现有的神经干细胞体外分化借助于神经营养因子、化学小分子或基因转染等技术，诱导剂价格昂贵且半衰期短、易失活，需反复刺激，基因转染操作繁琐复杂，细胞分化速度慢。脉冲电刺激可以诱导干细胞的神经分化，但不是单纯的体外培养干细胞，而是利用电诱导干细胞分化。常规方法是将细胞接种在导电材料上，材料两端接电线，通过外接电源产生电信号，诱导其上的细胞分化。直流电刺激碳纳米管多层材料上的神经干细胞向神经元分化和成熟，电刺激参数每天20Hz,1mA and 2h。(具体可参见文献：Electrical stimulation at nanoscale topography boosts neural stem cellneurogenesis through the enhancement of autophagy signaling.Biomaterials,2021Jan；268:120585.doi:10.1016/j.biomaterials.)。这些操作容易染菌，且不能应用到临床。
基于此，本发明的目的是提供基于电磁感应产生的无线电信号加快神经干细胞向神经元分化的方法。本方法采用非接触的电刺激，电信号是材料本身物理性质产生的，不需要外接电线，不会造成污染，且有临床应用的潜在价值。
传统的石墨烯厚度薄，易碎，不利于细胞的接种，特别是作为细胞生长的基底材料。本发明首次将PDMS与石墨烯基底以碳硅结合的形式直接键合，制备得到平整的石墨烯基底并意外的发现，得到的PDMS-石墨烯纳米材料基底不仅利于细胞的接种，更有利于成体干细胞的生长增值、提高成体干细胞向神经元分化的比例，并维持干细胞的干性。
本发明的PDMS-石墨烯纳米材料基底的制备方法中，各步骤相辅相成，是一个有机的整体。石墨烯-镍片基底在温度和时间等因素环境下，基底的厚度，柔软度都会受到影响，从而影响神经干细胞的分化。
如图5所示，本发明设计了一种电磁感应诱导装置，包括永磁铁1以及与永磁铁1连接的旋转杆2；所述旋转杆2一端穿过固定器3的底面；所述固定器3内设有转动电机4；所述旋转杆2的一端与永磁铁1活动连接，另一端与转动电机4连接；所述固定器3与支撑架5连接。
将神经干细胞接种至本发明制备的石墨烯薄膜上，置于本发明的电磁感应诱导装置中(见图3和图6)，进行干细胞分化过程。实现电磁感应诱导神经干细胞神经分化：永磁铁的磁场强度为0.1-1特斯拉；永磁铁的旋转速度为100-1000转/分；永磁铁产生的感应电流为0.1-100微安；感应电动势为0.1-10mV。感应电流的大小与磁场强度及转速成正比。感应电流在一定范围内可加快神经干细胞的神经分化，永磁铁离神经干细胞越近细胞分化效果越好，但永磁铁离神经干细胞的距离需保持在2～10cm之间。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。
实施例1
石墨烯薄膜的制备，如图1所示：
(1)将甲烷，氢气和氩气(CH4:H2:Ar＝20:30:270sccm)的混合气体通入反应炉中，通过CVD方法，沉积时间10-30分钟，沉积温度800-1200℃，以镍片为基底烧制合成纳米级石墨烯材料。
(2)在合成的纳米级石墨烯-镍片基底上面滴加聚二甲基硅氧烷(PDMS)，以500-2000rpm旋涂均匀后放入烘箱中70℃下进行反应，12小时后得到PDMS已凝固了的基底样本。
(3)将PDMS-石墨烯-镍片基底放入不断更新的六水合三氯化铁-稀盐酸的混合溶液中，在室温下浸泡刻蚀。六水合三氯化铁-稀盐酸的混合溶液由如下方法制备而成：将浓度为0.15mol/L的盐酸溶液加入到六水合三氯化铁溶液中，制备得到六水合三氯化铁-稀盐酸的混合溶液。浸泡48h后，在去离子水清洗，37℃干燥10-30分钟后即可得到去掉镍片的PDMS-石墨烯基底即为石墨烯薄膜。石墨烯薄膜的厚度为10nm，石墨烯薄膜的扫描电镜图见图2。
实施例2
(1)将2μg/L的层粘连蛋白溶液滴加到实施例1制备的石墨烯薄膜上，室温孵育2小时后移除层粘连蛋白得到包被层粘连蛋白的石墨烯薄膜，将20000个小鼠神经干细胞(提取自从孕小鼠(13-15)天的胎鼠脑中)接种于包被层粘连蛋白的石墨烯薄膜上，细胞会自动贴在石墨烯薄膜上，添加神经干细胞增殖培养液，石墨烯薄膜贴在细胞培养板上，得到培养体系；
神经干细胞增殖培养液为Neurobasal培养基(Thermo Fisher,21103049)+2％(体积百分数)B-27supplement+1％(体积百分数)penicillin/streptomycin+1％(体积百分数)glutaMAXTM-1+碱性成纤维生长因子(bFGF,20ng mL-1)+表皮生长因子(EGF,20ng mL-1)。
(2)将培养体系置于电磁感应诱导装置中，使培养体系位于永磁铁的正下方；接通转动电机的电源，转动电机转动带动旋转杆转动，旋转杆带动永磁铁转动。通过永磁铁产生的电磁感应诱导干细胞进行神经分化，分化7天。永磁铁的磁场强度为0.3特斯拉。永磁铁的旋转速度为300转/分。永磁铁产生的感应电流为10微安，感应电动势为1mV。
通过检测3和7天的分化效果，可以看出采用本实施例的方法分化3天后即可分化出神经元，7天后神经干细胞分化成神经元的分化率高达70％。
试验例
将细胞爬片(TCP)、PDMS和实施例1制备的PDMS-石墨烯纳米材料基底分别包埋层黏连蛋白(石墨烯)，并接种小鼠神经干细胞(提取自从孕小鼠(13-15)天的胎鼠脑中)，置于转速为300rpm的旋转磁场下进行10分钟/次/天的刺激。利用免疫荧光染色结合激光共聚焦扫描电镜检测刺激7天后，神经元标志物(MAP2)和神经胶质细胞标志物(GFAP)的表达情况，发现与对照组即磁场处理的细胞爬片和PDMS组相比，同样条件下的石墨烯组出现更多MAP2阳性细胞(红色)(图4)。
如图4所示：分化的能被染成绿色或红色，没被染色的是未分化的细胞。分化速度也能从图4中看出，石墨烯+磁场处理组等早出现红色细胞，即神经元细胞。红色是神经元，绿色是胶质细胞，从图4中可以看出其他对照试验中的神经干细胞主要分化为胶质，但是石墨烯协同旋转磁场刺激后，出现更多神经元，且时间更早，说明可以加快向神经元分化，且提高神经元的比例。表明旋转磁场诱导石墨烯产生的无线微电流可促进神经干细胞更多地向神经元方向分化。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (1)
1.基于电磁感应产生的无线电信号加快神经干细胞向神经元分化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将层粘连蛋白包被于石墨烯薄膜上，然后接种上神经干细胞，再加入神经分化培养液，得到培养体系；
所述石墨烯薄膜的制备方法为：
1）将甲烷、氢气和氩气通过CVD方法在基底上制备纳米级石墨烯层，得到纳米级石墨烯-基底；所述基底为镍片；所述纳米级石墨烯的厚度为10-100nm；
2）在步骤1）得到的纳米级石墨烯-基底上滴加PDMS，旋涂均匀后进行反应，得到PDMS-纳米级石墨烯-基底；反应的温度为60~80℃，时间为3-24h；
3）将步骤2）得到的PDMS-纳米级石墨烯-基底进行刻蚀除去基底，清洗、干燥后得到PDMS-纳米级石墨烯，即为石墨烯薄膜；所述刻蚀为将PDMS-纳米级石墨烯-基底放入六水合三氯化铁-稀盐酸的混合溶液中，在室温下浸泡24-72h；所述六水合三氯化铁-稀盐酸的混合溶液是将浓度为0.1 -0.25 mol/L的盐酸溶液加入到六水合三氯化铁溶液中制备得到的；
（2）将培养体系置于电磁感应诱导装置中，通过电磁感应诱导装置中的永磁铁产生的电磁感应诱导神经干细胞进行神经分化；所述培养体系位于永磁铁的正下方；所述永磁铁位于培养体系上方2-10cm；所述永磁铁的磁场强度为0.1-1 特斯拉；所述永磁铁的旋转速度为100-1000 转/分；所述永磁铁产生的感应电流为0.1-100 微安；感应电动势为0.1-10mV；
所述电磁感应诱导装置包括永磁铁以及与永磁铁连接的旋转杆；所述旋转杆一端穿过固定器的底面；所述固定器内设有转动电机；所述旋转杆的一端与永磁铁活动连接，另一端与转动电机连接；所述固定器与支撑架连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210048527.6A CN114561357B (zh) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | 基于电磁感应产生的无线电信号加快神经干细胞向神经元分化的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210048527.6A CN114561357B (zh) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | 基于电磁感应产生的无线电信号加快神经干细胞向神经元分化的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114561357A CN114561357A (zh) | 2022-05-31 |
| CN114561357B true CN114561357B (zh) | 2024-02-20 |
Family
ID=81711386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210048527.6A Active CN114561357B (zh) | 2022-01-17 | 2022-01-17 | 基于电磁感应产生的无线电信号加快神经干细胞向神经元分化的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114561357B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115591025B (zh) * | 2022-11-09 | 2024-01-02 | 深圳先进技术研究院 | 神经调控器件、制备方法及其应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012053718A1 (ko) * | 2010-10-19 | 2012-04-26 | 동국대학교 산학협력단 | 전자기장을 이용한 성체 줄기세포의 신경세포 분화유도 방법 |
| JP2015037370A (ja) * | 2013-08-14 | 2015-02-23 | 小俣 兼三 | 永久磁石式モーター装置 |
| KR20180026416A (ko) * | 2018-02-13 | 2018-03-12 | 강원대학교산학협력단 | 맥동 전자기장과 환원 그래핀 산화물을 이용한 중간엽 줄기세포의 다분화방법 |
| CN109260456A (zh) * | 2018-07-09 | 2019-01-25 | 哈尔滨医科大学 | 一种治疗周围神经损伤的神经融合剂及其制备方法和用途 |
| WO2019198986A1 (ko) * | 2018-04-09 | 2019-10-17 | 서울대학교 산학협력단 | 다층 그래핀 필름을 포함하는 줄기세포 분화 촉진용 배양 지지체 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012005699A1 (en) * | 2010-07-08 | 2012-01-12 | National University Of Singapore | Method for controlling and accelerating differentiation of stem cells using graphene substrates |
| US20170181669A1 (en) * | 2014-06-12 | 2017-06-29 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Graphene-based nanosensor for identifying target analytes |
-
2022
- 2022-01-17 CN CN202210048527.6A patent/CN114561357B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012053718A1 (ko) * | 2010-10-19 | 2012-04-26 | 동국대학교 산학협력단 | 전자기장을 이용한 성체 줄기세포의 신경세포 분화유도 방법 |
| JP2015037370A (ja) * | 2013-08-14 | 2015-02-23 | 小俣 兼三 | 永久磁石式モーター装置 |
| KR20180026416A (ko) * | 2018-02-13 | 2018-03-12 | 강원대학교산학협력단 | 맥동 전자기장과 환원 그래핀 산화물을 이용한 중간엽 줄기세포의 다분화방법 |
| WO2019198986A1 (ko) * | 2018-04-09 | 2019-10-17 | 서울대학교 산학협력단 | 다층 그래핀 필름을 포함하는 줄기세포 분화 촉진용 배양 지지체 |
| CN109260456A (zh) * | 2018-07-09 | 2019-01-25 | 哈尔滨医科大学 | 一种治疗周围神经损伤的神经融合剂及其制备方法和用途 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Graphene scaffolds in progressive nanotechnology/stem cell-based tissue engineering of the nervous system;Omid Akhavan;《Journal of Materials Chemistry B》;第4卷(第19期);3169-3190 * |
| Graphene-Induced Osteogenic Differentiation Is Mediated by the Integrin/FAK Axis;《International Journal o f Molecular Sciences》;第20卷(第3期);摘要，第1页第1段至第11页第1段 * |
| 多层石墨烯薄膜制备方法及其光电性能研究;邹琪;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》(第1期);摘要，第17页最后1段至第19页最后1段 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114561357A (zh) | 2022-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114561357B (zh) | 基于电磁感应产生的无线电信号加快神经干细胞向神经元分化的方法 | |
| Taylor et al. | Biocompatibility of nanostructured boron doped diamond for the attachment and proliferation of human neural stem cells | |
| JP2022132618A (ja) | 二次元アモルファス炭素被膜並びに幹細胞の成長及び分化方法 | |
| WO2011052717A1 (ja) | 増殖可能な動物細胞の調製方法 | |
| CN114369571B (zh) | 一种基于电磁感应诱导间充质干细胞神经分化的方法 | |
| Guo et al. | Cochlear implant-based electric-acoustic stimulation modulates neural stem cell-derived neural regeneration | |
| WO2019210887A2 (zh) | 一种3D悬浮诱导iPS细胞生成自体黑素细胞的方法及应用 | |
| CN108294741A (zh) | 一种微型柔性生物电极阵列及其制备方法 | |
| Zhang et al. | Neuron-like cell differentiation of hADSCs promoted by a copper sulfide nanostructure mediated plasmonic effect driven by near-infrared light | |
| CN107964533B (zh) | 二硫化钼用于干细胞增殖和/或分化及干细胞增殖和/或分化用衬底及制备方法和应用 | |
| Feng et al. | Reduced graphene oxide-mediated magnetoelectric effect drives neural differentiation of mesenchymal stem cells | |
| CN113413488B (zh) | 一种可降解压电纤维支架的制备方法及其产品 | |
| KR101171774B1 (ko) | 탄소나노튜브를 줄기세포의 배양 지지체로 사용하는 방법 및 탄소나노튜브를 포함하는 배양 지지체 | |
| CN105251047B (zh) | 电纺多孔纳米纤维基质微图案印章支架材料及其制备方法和用途 | |
| WO2018088639A1 (ko) | 패터닝된 하이드로젤을 이용한 신경줄기세포의 분화 방법 | |
| CN111893753B (zh) | 一种二维超支化聚阴离子纳米片修饰的纳米纤维支架及其制备方法和用途 | |
| CN115537392B (zh) | rGO-FeOOH复合材料在干细胞诱导中的应用 | |
| Zhu et al. | Magnetite nanoparticles doped photoresist derived carbon as a suitable substratum for nerve cell culture | |
| CN110804592B (zh) | 一种对神经细胞进行诱导培养的方法 | |
| Liu et al. | Mediate neurite outgrowth of PC-12 cells using polypyrrole-assisted laser-induced graphene flexible composite electrodes combined with electrical stimulation | |
| CN111180742B (zh) | 微生物电极及其制备方法和微生物燃料电池 | |
| KR101953472B1 (ko) | 복합 나노구조체를 포함하는 신경 세포 돌기 방향성 유도용 세포배양칩 및 이의 제조방법 | |
| CN111944750A (zh) | 无线电刺激响应的三维环形细胞支架及其制备方法与应用 | |
| EP3464568B1 (en) | Growth factor-free proliferation and differentiation of neural stem cells on inorganic extracellular nanomatrices | |
| Gong et al. | Disordered Graphene/Quartz Fabric as Biocompatible and Conductive Scaffold Promising for Regulated Growth and Differentiation of Nerve Cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |