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实验目的: 本实验采用一种简单高效的边缘功能化球磨(EFBM)的方法制备了聚吡咯修饰的石墨烯(PPy-G),同时结合静电纺丝技术制备了聚吡咯石墨烯/聚乳酸-羟基乙酸(PPy-G/PLGA)三维纳米纤维,用于视神经节细胞(RGCs)电刺激生长。通过进一步调控纳米纤维形貌和优化电刺激条件,考察了电刺激对培养子纤维支架上的RGCs形貌的变化以及对RGCs特定基因表达的影响,从而实现RGCs体外的可控生长和神经突起再生,为促进视神经修复再生和青光眼等重大眼科疾病的临床治疗提供新的思路和方向。 实验方法: 本实验先通过我们自主发明的EFBM法制备了高导电性、机械稳定性良好的PPy-G,再结合静电纺丝技术,分别制备了含有质量分数为1%和6% PPy-G的无序和定向的PPy-G/PLGA纳米纤维。通过拉曼光谱(Raman),原子力显微镜(AFM),红外光谱(FTIR),扫描电子显微镜(SEM),电化学循环伏安法等方法对纳米纤维的形貌和性能进行了表征。最后,将RGCs接种在纳米纤维上进行培养,利用电化学工作站,采用±700mV的脉冲电压,10HZ的频率电刺激接种于纳米纤维支架上的细胞。通过SEM及对细胞核和细胞骨架染色观察电刺激前后细胞形貌的变化及细胞突触的延伸情况,从而分析电刺激对生长于PPy-G/PLGA纳米纤维支架上的RGCs的影响。 实验结果: 1.球磨法制备的PPy-G的表征结果: AFM、Raman、FTIR等表征图表明制备的PPy-G为纳米厚度,分散均一,且具有聚吡咯的特征峰。CV图显示制备的PPy-G电化学性能良好。CCK-8实验表明了PPy-G具有良好的生物相容性。 2.静电纺丝法制备的PPy-G/PLGA纳米纤维支架的表征结果: (1) PPy-G/PLGA纳米纤维的扫描电镜(SEM)图表明,在合适的浓度范围内所制备的纳米纤维直径比较均一,形貌光滑,没有小液滴出现;所制备的定向纳米纤维排列整齐有序,非定向纤维密集交错。所制备的纳米纤维的直径随着所添加的PPy-G的浓度的不同而改变。 (2)电化学循环伏安(CV)图:CV结果显示,纯的PLGA的CV图上几乎没有氧化还原峰,说明PLGA没有电化学活性;掺入PPy-G后,出现明显的氧化还原峰,电化学活化面积变大,说明纳米纤维支架的电化学活性明显增强,所制备的纳米纤维具有很好的电刺激能力。 (3)拉曼光谱(Raman)和傅里叶红外光谱(FTIR)图:Raman测得PPy-G/PLGA纳米纤维在1350nm和1580nm具有石墨烯的D峰和G峰等特征峰,FTIR图显示纳米纤维中具有聚吡咯基团的特征峰。这两者均证明了PPy-G在纳米纤维中的存在。 3.视网膜神经节细胞(RGCs)电刺激结果: (1)对细胞核和细胞骨架染色结果:通过比较在±100mV,±400mV,±700mV和±1000mV的电压下电刺激RGCs后的细胞荧光染色图,发现当电刺激电压为±700mV时细胞的形貌及生长状况最好。 (2)共聚焦显微镜(CM)及SEM图:在±700mV电压条件下电刺激细胞后,RGCs的神经突触有一定的伸长。生长于定向PPy-G/PLGA纳米纤维上的细胞沿着纤维延伸的方向整齐排列,电刺激后细胞长度伸长了137%,证明了电刺激对RGCs的生长具有显著的促进作用。 (3) RT-PCR结果: RT-PCR检测结果表明,与RGCs细胞神经突触生长相关的基因BDNF、Thy-1电刺激后表达量上调,P53和其他与凋亡有关的基因表达量下调,进一步证明了电刺激促进了RGCs神经突触的生长,对RGCs细胞有一定的抗凋亡作用。 实验结论; 本研究采用边缘功能化球磨法成功合成了PPy-G,并通过高压静电纺丝技术,制备了PPy-G/PLGA纳米纤维支架,用于电刺激RGCs细胞的生长。研究结果表明,接种于纳米纤维支架上的RGCs细胞会沿着纳米纤维延伸的方向生长,电刺激后RGCs细胞延伸显著,表明电刺激能够有效提高RGC细胞活性和再生,为视神经修复再生和青光眼等重大眼科疾病的治疗提供了潜在的可能性。