电刺激调控神经干细胞在氧化铱/聚多巴胺/Laminin仿生涂层上的定向分化研究

The compatibility of electrode-tissue interface is a crucial factor that influences the long-term performances of neural prosthesis. Interfaces with pre-seeded neural stem cell (NSCs), which differentiate into specific neurons, have a potential to significantly improve the compatibility at the implant site. Based on the previous studies, the present study is proposed to prepare the iridium oxide/polydopamine/laminin biomimetic layer, which has excellent electrochemistry properties, high stability and the capability to enhance cell adhesion, and to control the differentiation of NSCs on biomimetic layer mediated by electrical stimulation. The ability of electrical stimulation to induce NSC differentiation is studied by comparing with the inductive effects of commercialized coating materials (Matrigel) on the neuron differentiation of NSCs. The regulating effects of electrical stimulation with different parameters (waveform, electric potential etc.) on NSC differentiation are evaluated. The signaling pathway involved in NSC differentiation will be investigated to demonstrate the mechanism in controlling NSCs fate mediated by electrical stimulation. The present study may orchestrate NSC differentiation mediated by electrical stimulation, thus providing a platform for the strategies of electrode-tissue interface.

神经电极的相容性是制约植入式神经假体长期使用功效的核心要素，电极界面复合神经干细胞（neural stem cells，NSCs）并诱导其定向分化可有效提高电极活性。本项目在前期研究基础上，拟重点设计构建氧化铱/聚多巴胺/laminin仿生涂层，研究其电化学性能、稳定性及细胞粘附能力；并在外源电刺激的作用下调控仿生涂层表面神经干细胞的定向分化。通过与商品化Matrigel胶的诱导分化能力进行对比研究，阐明电刺激对仿生涂层上NSCs的诱导分化作用；通过不同电刺激波形、刺激电位等作用于NSCs，系统研究不同刺激参数对NSCs定向分化的调控规律；通过对该调控作用的相关信号通路展开探讨，揭示电刺激调控NSCs分化命运的机理。本项目研究可为电刺激调控NSCs的分化命运提供科学依据，同时也为植入式神经电极表面的设计提供重要的理论参考，具有潜在的临床应用价值。

神经电极的相容性是制约植入式神经假体长期使用功效的核心要素，电极界面复合神经干细胞（neural stem cells，NSCs）并诱导其定向分化可有效提高电极活性。本项目在前期研究基础上，设计构建氧化铱/聚多巴胺/laminin仿生涂层，研究其电化学性能、稳定性及细胞粘附增殖能力；并在外源电刺激的作用下调控仿生涂层表面PC12细胞行为及NSCs的定向分化。研究结果表明所制备的仿生涂层电化学性能及生物相容性优异，稳定性较好，无细胞毒性，能促进PC12、NSCs的粘附与增殖；在施加电刺激后，涂层上的PC12神经突延伸增加，并且沿电刺激的方向重新定向，NSCs向神经元方向分化。.此外，我们通过仿生共沉积的方法在磷灰石涂层（apatite）上固定laminin（LN），构建apatite/LN功能化涂层，对涂层所结合的LN含量及其释放动力学进行检测，并对NSCs在apatite/LN功能化涂层上的粘附和增殖行为进行研究。结果表明apatite/LN功能化涂层能缓释LN，促进NSCs的粘附与增殖。.我们的发现为电刺激调控NSCs的分化命运提供科学依据，并为神经电极修饰及组织工程支架制备提供了新的思路。