研究人工耳蜗电刺激对于神经干细胞再生听觉神经元的调控规律及作用机制

Cochlear implantation is now the best therapeutic method for the severe.sensorineural hearing impairment, but insufficient functional spiral ganglion neurons represent the key problem. It is promising to manipulate neural stem cells to transdifferentiate into functional spiral ganglion neurons, but the efficiency is quite low and the neuron’s function is unmature. Previous studies found that graphene could promote the differientiation and maturation process of the neural stem cells. Neurons are characterized by electrical activities, and graphene is conductive, so this project will study the synergistic effect of electric stimulation by the cochlear implant and graphene. In this project we propose to fulfill these aims: 1) Aim1: We will stimulate the neural stem cells with precise temporal and spatial control to find whether more new neurons are generated; 2) Aim 2: We will study whether projections are better promoted; 3) Aim 3: We will study whether the new neurons are mature and functional. This study will lay the foundation for improving the efficiency of cochlear implantation.

人工耳蜗植入是重度感音神经性聋临床上最有效的治疗方式，但功能性螺旋神经元数量不足是影响人工耳蜗植入效果的重大医学难题。通过神经干细胞移植再生有功能的螺旋神经元是极有前景的研究方向，但存在分化效率低，新生神经元功能不成熟等问题。我们前期研究表明电刺激可以作为调控神经干细胞行为的有效手段，且石墨烯具有优良的神经界面效应。本项目将围绕人工耳蜗-石墨烯-神经干细胞培养体系，研究人工耳蜗的电刺激-石墨烯对神经干细胞的调控规律。拟实现以下目标：一、建立把人工耳蜗电刺激和石墨烯有机结合的新体系，研究人工耳蜗电极刺激对于石墨烯上培养的神经干细胞的影响；二、通过该体系促进神经干细胞再生神经元及神经突的生长；三、通过该体系促进新生神经元功能的成熟，阐明人工耳蜗电刺激和石墨烯对神经干细胞定向分化为螺旋神经元的调控机制。本项目研究将为在临床上应用该体系提高人工耳蜗植入的听觉康复效果奠定实验基础。

人工耳蜗是现代医学最成功的人造功能器官之一，它通过将声电转化后的信号直接作用于内耳螺旋神经元从而使患者恢复或获得听力感知。目前，人工耳蜗植入是临床上治疗患有重度、极重度、甚至全聋感音神经性聋的成人以及儿童最有效的治疗措施。但是螺旋神经元在损伤或退化后不能自发再生，因此功能性螺旋神经元的数量不足是影响人工耳蜗植入术后聆听效果的重大医学难题。近年来，干细胞移植已经成为治疗神经退行性疾病最有前景的治疗手段，包括感音神经性聋。因此建立人工耳蜗植入和干细胞移植新综合技术体系有望扩展人工耳蜗植入的适应症，为更多螺旋神经元退化或损伤严重的患者带来福音。但是如何有效控制干细胞的行为成为关键科学问题之一。组织工程材料的发展为干细胞行为调控提供了新的有效途径，组织工程材料通过模拟细胞微环境（niche），为移植的干细胞提供必要的物理支撑、三维空间及可控的物化因子等。同时由于神经元的电活动特性，所以，导电组织工程材料作为种子细胞的运输载体和调控手段，有望为人工耳蜗植入和干细胞移植新综合技术体系的临床转化提供新的思路。本研究分别以成熟导电组织工程材料石墨烯做为神经界面，建立基于人工耳蜗的声电刺激体系，在体外研究人工耳蜗-导电材料声电刺激体系对于NSCs行为的调控，为导电组织工程材料应用于人工耳蜗植入和干细胞移植新综合技术体系提供理论依据，更快的实现人工耳蜗植入适应症的扩展。在本研究中，我们首先探索了导电衬底石墨烯和碳化钛对NSCs行为的调控规律及作用机制。其次，以此为研究基础，我们首次在体外建立了具有良好生物相容性的人工耳蜗-导电衬底声电刺激体系。最后，我们通过多种细胞生物学和分子生物学研究手段系统的揭示了人工耳蜗-石墨烯声电刺激体系对于NSCs行为的调控规律。