基于納米金密度的物理-化學雙重梯度構建及其用于神經元軸突響應研究

張 林， 湯 勻， 肖榮榮， 劉渝寧， 謝 敏， 黃衛華*

(生物醫學分析化學教育部重點實驗室，武漢大學化學與分子科學學院，湖北武漢 430072)

細胞在體內處于非常復雜的胞外基質環境中。胞外基質主要包含物理因素如基質硬度、微納級形貌等，以及化學因素如多種因子及其濃度等[1]，這些因素通過在時間及空間上形成梯度，影響細胞粘附、分化、遷移和生長等行為[2]。作為神經系統結構和功能的基本單位，神經元對這些梯度極其敏感，在神經元極化過程中，生長錐末端偽足(尺寸100～300 nm)[3]能感應納米級梯度而定向延伸，形成軸突并不斷生長[4]。此外，物理和化學梯度在引導軸突向靶細胞延伸[5]以及促進神經修復[6]方面也扮演著重要角色。因此，研究軸突對物理和化學梯度的響應規律具有重要意義。

已有文獻報道體外構建微環境研究神經元對物理或化學因素的響應。為了提供接近體內粗糙度的微環境，可采用納米材料形成納米結構基底，研究神經細胞響應。結果表明，納米金顆粒[7]、二氧化硅納米顆粒[8]、碳納米管[9]以及特殊設計的結構[10]有利于神經元的生長和導向。為了探究神經元對梯度納米結構的響應，Li等[11]建立了一種基于微米粒子的粗糙度梯度，并發現了最適合背根神經節(DRGs)細胞生長的粗糙度。對于化學因素，隨著微納加工與制造技術的發展，基于分子擴散[12]、吸附[13,14]和化學反應[15,16]等，各種因子可在二維或三維環境下形成分子梯度，精確調控軸突分化和生長等行為。……