近期，榮澤生物創始人陳相波博士以共同第一作者在國際學術期刊《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》上發表了最新研究進展，該論文由東南大學、溫州醫科大學附屬第一醫院、杭州榮澤生物科技有限公司的科研團隊聯合發表。研究發現神經干細胞在3D石墨烯（3DG）表面生長比在2D石墨烯（2DG）和聚苯乙烯塑料表面（TCPs）生長時，分化成的神經元（neurons）與神經膠質細胞（glial cells）的比例更大，揭示了神經干細胞（NSCs）增殖和分化的潛在機制，特別是在細胞代謝組學調控方面，3DG培養的NSCs允許更大的氨基酸摻入和更強的葡萄糖代謝，可加速NSCs生長。因此3DG可以大幅提高NSCs的增殖和分化能力，為開展神經退行性疾病的研究和藥物產業化提供了重要的基礎。

▲圖1.神經干細胞

干細胞在醫學上的應用是目前的研究熱點，科學家可利用人類神經干細胞（human neural stem cells , hNSCs）進行腦組織的修復和神經通路的再生。hNSCs一般以兩種方式生長，分化為神經元或者膠質細胞?？刂七@些細胞生長分化的種類是至關重要的，但是hNSCs 在實驗室培養中，不受生化因子（biochemical directors）或者其他細胞誘導的情況下，一般傾向于形成膠質細胞。然而，如果用于修復和再生，人們更希望它能夠生長分化為神經元。

3D石墨烯(3-Dimensional Graphene, 3DG)則由2D石墨烯片整合而成，具有特定的3D微/納米結構。3DG已被證明是體外培養神經干細胞(NSCs)的堅實支架，不僅支持NSCs的生長，而且與2D石墨烯片和普通玻璃相比，能維持NSCs處于更活躍的增殖狀態。

▲圖2. 3D石墨烯特征（Front. Bioeng. Biotechnol. 7:436.)

3D結構可以賦予石墨烯組裝體獨特的性質，如柔韌性、多孔性、高活性比表面積、優異的傳質性能等，使其在能量儲存、催化反應、環境保護及柔性/可伸縮導電材料等領域具有較2D石墨烯材料更優越的性能及更廣闊的應用前景。在生物醫學領域，石墨烯被用于藥物運輸、干細胞工程、細胞成像和腫瘤治療。氧化石墨烯因其較大的表面和氧基而備受關注，現已證明氧化石墨烯可用于癌癥治療的藥物傳遞。盡管石墨烯已經被用于細胞培養研究，但目前使用它進行干細胞生長相關的研究并不多見。

目前3DG效應背后的潛在機制仍然知之甚少，本研究著重于3DG誘導的干細胞代謝重構，并發現了多個與NSCs增殖變化相關的代謝通路，特別是在3DG上培養可增加氨基酸的摻入、葡萄糖代謝增強的途徑。

▲圖3.NSC在3DG、2DG和聚苯乙烯培養瓶TCPs中代謝差異表達情況（Front. Bioeng. Biotechnol. 7:436.)

研究團隊對細胞進行培養和觀察，發現在沒有其他任何生化因子誘導的條件下，3DG表面培養的神經干細胞分化成神經元的比例相對于2DG表面培養的要更大，細胞在3DG表面生長和粘附的效果更好。研究團隊還發現，通過GC-MS分析了代表NCS生理狀態的263個代謝產物，3DG可以激活更多的活性通路，3DG和2DG之間代謝組學差異（如ABC轉運系統、礦物質攝取、蛋白質消化吸收、氨?；?tRNA生物合成等）相較于2DG-TCPs之間更大，3DG條件培養下信號通路與NSC激活的通路相關更大。

▲圖4.NSC在3D石墨烯增殖能力情況（Front. Bioeng. Biotechnol. 7:436.)

因此，本研究揭示了3D石墨烯可以作為優良的納米支架用于增強神經干細胞分化，還可以廣泛應用于神經修復和神經再生醫學，諸如老年癡呆癥、帕金森綜合癥等的干細胞治療，在干細胞再生醫學與退行性神經疾病領域具有重要的產業應用前景。

參考文獻

[1] Qiaojun Fang, Yuhua Zhang, Xiangbo Chen, et al. Three-Dimensional Graphene Enhances Neural Stem Cell Proliferation Through Metabolic Regulation[J], 2020, 7(436).