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神经退行性疾病作为临床常见疾病，仅我国每年新增病例就约500万。近年来，随着中国老龄化现象逐渐严重，针对老年人神经退行性疾病的治疗迫在眉睫。神经病变的根本原因是神经细胞的不可逆缺失，药物保守治疗只能缓解病症，从根本上解决神经损伤的最有效的治疗措施是神经组织修复和重建。对于治疗神经创伤和神经退行性疾病而言，神经组织工程已成为神经科学领域最有前景的一种方法。
神经组织工程中，可以作为种子细胞的脂肪间充质干细胞因为易获取、扩增快并具有多向分化的能力，在自体组织修复方面备受瞩目；而近年来，由于神经元的电活动性，不仅电刺激诱导种子细胞向神经方向分化受到证实，电刺激协同导电生物材料作为间充质干细胞神经分化的手段，也引起了人们广泛的重视。但临床现有的外接导线引入电信号的疗法会对患者造成不便或二次损伤，同时，如何结合神经支架材料，探索有利于加快干细胞神经分化速率和提高神经分化质量的方法，都成为现阶段的研究热点和亟待解决的问题；
基于此，济南大学前沿交叉科学研究院刘宏教授课题组利用旋转磁场为驱动源，通过石墨烯基纳米材料与磁感线切割之间的磁-电耦合效应，以脂肪间充质干细胞为研究对象，实现了电磁感应驱动石墨烯介导的脉冲电刺激诱导间充质干细胞向不同神经细胞的分化。
图1，研究中利用无线电诱导细胞神经分化的示意图
该研究搭建了一种操作简便的磁电转变设备。基于电磁感应原理，借助旋转磁场以及生物相容性良好的导体（石墨烯薄膜），该设备可在石墨烯表面产生有效、直接的原位无线电信号，以此诱导石墨烯薄膜上的间充质干细胞分化为功能性神经元。此方法不需要添加任何神经诱导因子，仅利用支架材料（石墨烯）的导体特性将外部磁场转换为电场，产生的无线电刺激激发了干细胞的神经分化潜能，并促使其分化为功能性神经元，以传递神经冲动（如图2）。与导电材料连接导线以刺激神经分化的系统相比，这种非侵入性的原位电刺激方法在治疗神经退行性疾病的临床应用中具有潜在价值，为临床医学和组织再生领域提供思路以及理论基础。
图2，ADMSC的钙离子火花测试。（A）和（C）免疫荧光照片分别显示了旋转磁场处理的干细胞中对神经递质γ-氨基丁酸（GABA）和多巴胺（DA）的反应（箭头所示）。在每个面板的右上角显示了神经发射器给药后的时间（以秒为单位）。（B）和（D）在磁处理中每个细胞的细胞Ca2+的相对强度。箭头表示添加GABA或DA的时间。
相关工作“Regulation of Neural Differentiation of ADMSCs using Graphene-Mediated Wireless-Localized Electrical Signals Driven by Electromagnetic Induction”发表在Advance Science（DOI: 10.1002/advs.202104424）上。文章中第一作者是硕士研究生郭志杰同学，通讯作者是孙春辉教授，孟宁教授，韩琳教授和刘宏教授。
论文信息：
Regulation of Neural Differentiation of ADMSCs using Graphene-Mediated Wireless-Localized Electrical Signals Driven by Electromagnetic Induction
Zhijie Guo, Chunhui Sun*, Hongru Yang, Haoyang Gao, Na Liang, Jian Wang, Shuang Hu, Na Ren, Jinbo Pang, Jingang Wang, Ning Meng*, Lin Han*, Hong Liu*
Advance Science
DOI: 10.1002/advs.202104424
信息来源：公众号【AdvancedScienceNews】
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