Влияние свойств различного графена

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 13408 (2022) Цитировать эту статью

1591 Доступов

2 цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Композиты наноматериалов на основе полимера и графена (GBN) сочетают легкую обработку с пористой трехмерной геометрией мембраны благодаря стимулам полимера и клеточной дифференциации благодаря наполнителям GBN. Стремясь продвинуться вперед к клиническому применению композитов полимер/GBN, в этом исследовании проводится систематический и подробный сравнительный анализ влияния свойств четырех различных GBN: (i) оксида графена, полученного химическими процессами с графитом (GO); (ii) восстановленный оксид графена (rGO); (iii) многослойный графен, полученный методом механического расслоения (Gmec); и (iv) низкоокисленный графен посредством анодного отшелушивания (Ganodic); диспергируется в пористых мембранах из поликапролактона (PCL) для индукции астроцитарной дифференцировки. Плоские мембраны PCL/GBN были изготовлены методом фазовой инверсии и широко охарактеризованы по морфологии и топографии, химической структуре, гидрофильности, адсорбции белков и электрическим свойствам. Были проведены клеточные анализы с клетками глиомы крысы C6 в качестве модели клеточно-специфичных астроцитов. Примечательно, что низкая нагрузка GBN (0,67 мас.%) вызывала важные различия в реакции дифференцировки C6 между мембранами PCL/GBN. Мембраны PCL/rGO и PCL/GO представляют собой самые высокие биомолекулярные маркеры дифференцировки астроцитов. Наши результаты указали на химические структурные дефекты в наноматериалах rGO и GO, а также на механизмы адсорбции белков как на наиболее вероятную причину, придающую мембранам PCL/GBN особые свойства, способствующие дифференцировке астроцитов. В целом, наше систематическое сравнительное исследование дает обобщающие выводы и новые доказательства, позволяющие определить роль особенностей GBN для будущих исследований 3D-мембран из композитных полых волокон PCL / графена для нейронных моделей in vitro.

Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) представляет собой динамическую и сложную структуру капилляров головного мозга, которые избирательно контролируют гомеостаз центральной нервной системы (ЦНС) и защищают ее от токсинов и патогенов1,2. К сожалению, многие многообещающие терапевтические стратегии не дали ожидаемых результатов, поскольку ГЭБ представляет собой серьезное препятствие для лечения заболеваний ЦНС. Таким образом, он предотвращает попадание большинства терапевтических препаратов в мозг благодаря своим физическим, биохимическим и специфическим барьерным свойствам3,4.

Разработка нейронных моделей in vitro представляет собой потенциально важный источник знаний для понимания нейродегенеративных заболеваний и разработки новых нейропротекторных методов лечения. Они могут предоставить возможность планирования новых платформ для скрининга лекарств на основе культур нервных клеток для клеточных исследований, направленных на неврологические расстройства. Создание моделей ГЭБ in vitro имеет первостепенное значение, поскольку они помогают надежно проверять эффективность новых лекарств и методов лечения заболеваний головного мозга. Разработка динамических моделей ГЭБ (DIV-ГЭБ), которые используют коммерческие полимерные полые волокна в качестве платформ для культивирования эндотелиальных клеток на поверхности их просвета и воссоздают физиологическую среду с точки зрения динамики жидкости, продемонстрировала гораздо более эффективную реконструкцию ГЭБ in vitro (измерение косвенно через трансэндотелиальное электрическое сопротивление (TEER)), чем эталонный метод Трансвелла1,5. Однако модели DIV-BBB по-прежнему демонстрируют гораздо более низкие значения TEER, чем нативные ткани BBB.

Совместное культивирование эндотелиальных клеток с астроцитами было предложено как эффективная процедура для улучшения реконструкции ГЭБ in vitro, поскольку было замечено ключевую роль, которую астроциты играют в развитии и функционировании мозга, а также в регуляции фенотипа эндотелиальных клеток. клеток в моделях ГЭБ посредством регуляции межклеточной коммуникации посредством растворимых факторов и прямых взаимодействий астроцитов и эндотелиальных клеток6. В работах над моделями DIV-BBB обычно используются совместные культуры эндотелиальных клеток и клеток глиомы крысы C6, индуцированных астроцитами7,8,9. Биохимические протоколы дифференцировки C6 в некоторой степени хорошо стандартизированы, и поэтому эти работы предполагают удовлетворительную дифференцировку астроцитов. Однако коммерческие полимерные полые волокна, используемые для этого применения (в основном полипропилен и поливинилидендифторид), обладают плохой клеточной адгезией и биоинертны. Кроме того, в нашей предыдущей работе10 мы заметили, что, несмотря на использование стандартных протоколов для индукции дифференцировки астроцитов клеток C6 по поверхности полых волокон полимера поликапролактона (PCL), скорость и качество дифференцировки были ограничены в отличие от положительного контроля на покровных стеклах.

rGO (10.8%) > Gmec (3.6%) > Ganodic (3.0%). We note that, although in principle, the oxygen content could be also evaluated from the data gathered in Table 1 by making some assumptions on the bond type (e. g., epoxy or hydroxyl), the intrinsic asymmetry of the graphitic carbon band would usually lead to an overestimation of the oxygen atomic percent. Indeed, even when the graphitic bands are fitted with an asymmetric function, as in the present work (see “Graphene-based nanomaterials synthesis and characterization” for details), part of the intensity actually coming from the tail of the graphitic signal is wrongly assigned to oxygen-containing groups. However, although the oxygen content is more accurately determined from the survey spectra (Table S1), the deconvolution data are still useful for a semi-quantitative comparison between the different materials (Table 1)./p> PCL/Ganodic > PCL/rGO > PCL/Gmec. Particularly, on PCL/Gmec membranes (Fig. 3A) there were areas where Gmec was not detected. In contrast, the rest of PCL/GBN membranes presented GBNs concentration at any point measured on the surface. It is also remarkable the low absolute intensity of the Raman spectrum of PCL/Ganodic membranes (Fig. 3B) and the presence of high intensity bands corresponding to GO throughout PCL/GO surface (Fig. 3D). Raman and FTIR spectroscopy in Fig. S2A,B, respectively, confirm the presence of characteristic bands of GBNs in the PCL membranes./p> PCL/rGO (22.3 ± 2.7%) > PCL/Ganodic (9.1 ± 0.7%) > PCL/Gmec (8.8 ± 2.7%) > PCL (4.7 ± 2.7%). Specifically, PCL, PCL/Gmec and PCL/Ganodic membranes yielded round-cell morphology (Fig. 5A–C) and 60–75% of the total cells displayed only one cellular projection (Fig. 5G). Remarkably, C6 cells cultured on PCL/Gmec (Fig. 5B) formed cell clusters that resembled multicellular spheroid-like structures as previously reported63. In contrast, PCL/rGO and PCL/GO membranes substantially stimulated the formation of two to five cell extensions, resembling the typical stellate morphology of astrocytes (Fig. 5D,E,G). Both PCL/rGO and PCL/GO membranes promoted a marked change in cell shape to an asymmetrical shape with elongated processes. Around 22% and 31% of C6 cells exhibited more than two projections on PCL/rGO and PCL/GO membranes, respectively, a proportion significantly higher than that estimated in C6 cells grown on glass coverslips (positive controls), where only 3% of cells had more than two cellular projections./p> PCL/GO (2.37 ± 0.15) > PCL/rGO (2.33 ± 0.16) > PCL/Gmec (1.34 ± 0.13). Interestingly, the expression levels in PCL/Ganodic, PCL/GO and PCL/rGO membranes were significantly higher in comparison with the level in PCL membranes normalized to 1 (Fig. 5H). Regarding Slc1a3 (Glast) expression, only C6 cells grown on PCL/rGO (1.66 ± 0.31) and PCL/GO (2.97 ± 0.06) membranes showed significantly increased levels when compared with C6 cells cultured on PCL membranes (Fig. 5H). Finally, Fig. 5I presents the Western blotting of cell lysates, revealing a relative 1.6-times increase in nestin protein expression in C6 cells cultured on PCL/rGO and PCL/GO membranes compared to PCL./p> 99.8%, Honeywell) solutions and UV light, and washed with sterile PBS to remove EtOH traces, all in a laminar flow cabinet./p>