(Phys.org) —Grafeenschuim bestaat al een paar jaar. Er wordt nog steeds veel geanticipeerd op hun wijdverbreide toepassing in alles, van elektronica en energieopslag tot vervangingen voor helium in ballonnen. Onderzoekers van de Chinese Academie van Wetenschappen in Suzhou, en Peking, hebben nu aangetoond dat grafeenschuimen ook kunnen worden gebruikt om geleidende steigers voor neurale stamcellen te maken. Hun open papier, gisteren gepubliceerd in Nature's Wetenschappelijke rapporten , suggereert nieuwe benaderingen voor neurale weefselengineering, en mogelijk voor interfacing met neurale protheses.

Er is eerder gemeld dat grafeenvellen de groei en differentiatie van menselijke neurale stamcellen (NSC's) ondersteunen op een vergelijkbare manier als andere veel voorkomende substraten zoals glas of polymeer PDMS. Chinese onderzoekers hebben baanbrekend werk verricht bij het synthetiseren van grafeenschuimen volgens strenge normen van zuiverheid en uniformiteit. Wanneer gecoat met laminine of andere matrixeiwitten, deze schuimen kunnen mogelijk niet alleen dienen als compatibele neurale behuizing, maar ook als een middel om de huurders elektrisch te besturen.

Om de elektrische eigenschappen van het schuim te onderzoeken, gebruikten de onderzoekers cyclische voltammetrie, een veelgebruikte techniek die vaak wordt gebruikt in de basiselektrochemie. Hun resultaten gaven aan dat de cellen veilig konden worden gestimuleerd via capacitieve ladingsinjectie in het potentiële vensterbereik van -0,2 tot + 0,8 V, weer vergelijkbaar met resultaten van 2D-grafeenfilmstudies. Ze merkten verder op dat de 3D-schuimarchitectuur een efficiëntere ladingsinjectie en mogelijk meer specifieke stimulatiemogelijkheden biedt.

Het is leerzaam hier op te merken dat onze pijnlijke collectieve geschiedenis met asbestvezels ons heeft laten zien dat geometrie het gif net zo goed kan maken als welk chemisch effect dan ook. Het is niet alleen het aspect van de asbestvezel, maar zijn onhandige schaal die zijn aanwezigheid in de long zo verraderlijk maakt. Evenzo verwachtten de onderzoekers niet dat ze zomaar een paar neuronen op een willekeurig spantwerk zouden gooien en verwachtten dat de sporten van de ladder ideaal uit elkaar zouden staan. De afbeeldingen van de auteurs laten inderdaad zien dat de gezaaide NSC's zich vastklampen aan de grafeenstructuur als ruimtewandelende astronauten die langs een ruimtestation sleepten - maar op de een of andere manier overleefden ze niet alleen, maar leek te gedijen.

De grafeenschuimen werden gesynthetiseerd door chemische dampafzetting met behulp van een Ni-schuimsjabloon. Scanning-elektronenmicroscoopobservatie toonde een poreuze structuur, waarvan werd vastgesteld dat het gemiddeld 100-300um was, terwijl de breedte van het grafeenskelet rond 100-200um was. De oppervlaktechemie van de grafeenschuimen werd gekarakteriseerd door de röntgenfoto-elektronspectroscopie (XPS). De criteria die werden gebruikt om de inertie van het oppervlak te meten, waren de aanwezigheid van een grote piek die overeenkomt met niet-geoxygeneerde ringen en kleine pieken voor de C-O-bindingen.

cytotoxiciteit, geëvalueerd met Calcein-AM en EthD-I-kleuring, toonde aan dat 90% van de cellen na 5 dagen nog levensvatbaar waren. Proliferatie van NSC's werd gemeten aan de hand van de expressie van Ki-67-eiwit, een marker voor celproliferatie die afwezig is tijdens interfase, en werd aanvankelijk tot expressie gebracht in 80% van de cellen. Na 5 dagen, de cellen vertoonden een langwerpige celvorm met uitgroei van neurieten, en bedekte het gehele schuimoppervlak tot samenvloeiing. Tuj-1-positieve neuronen, O4-positieve oligodendrocyten, en GFAP-positieve astrocyten werden allemaal in gezonde overvloed waargenomen.

Het klinische scenario op langere termijn voor dit soort onderzoeken is nog in ontwikkeling. Bij afwezigheid van vascularisatie, neuronen kunnen het alleen verdragen om zoveel buren in de buurt te hebben, en toch voldoende voeding krijgen door middel van diffusie. Het traditionele concept van het gebruik van afbreekbare matrices die later in de cortex zouden worden geïmplanteerd, moet nog worden gerealiseerd. Chemische verleidingen om te integreren met het lokale neuritische veld en de vasculatuur beginnen net te worden onderzocht voor dit soort explantatieonderzoeken. Permanente matrices met gefunctionaliseerde oppervlakken die ook elektrisch adresseerbaar zouden zijn, zouden een welkome aanvulling zijn op deze toolkit.

Echte corticale grijze materie is een jungle waar onophoudelijke concurrentie voor elke kubieke nanometer ruimte niet alleen een overlevingsspel is, het is de levensader van elke gedachte en herinnering. Als je je worstelaars zou voorstellen in een wedstrijd met stalen kooien, tot het uiterste verpakt, je zou er niet ver naast zitten. Elke elektromechanische piek, elk mini-potentiaal geproduceerd in een dendriet, is een adem. Een beetje extra kracht bij inademing om uit te oefenen op concurrenten die in wederzijdse doodsgreep worden gehouden, alleen om het na elke uitademing weer zo strak te trekken. Een succesvolle introductie van beginnend en metabool achtergesteld weefsel in dit strategische landschap zou bepaalde overwegingen van het bedrijf vereisen. Extra stimulatie, groeifactor, of oxygenatie is misschien precies wat nodig is om een ​​productieve evolutie van nieuwe structuren te garanderen.

Een andere laatste take-home-boodschap van de krant suggereert dat er een bepaald niveau van redactioneel geduld moet zijn geweest voor de vele duidelijke grammaticale misstappen en regelrechte fraseologische zwakheden die begrijpelijkerwijs door het Chinese auteurschap zijn geïntroduceerd. Het is misschien een kleine prijs voor onze onderlinge samenwerking. Het is bemoedigend dat westerse tijdschriften de voortdurende publicatie van Chinese vorderingen op gebieden als grafeenverwerking, samen met de inspanningen van de auteurs om het voor ons begrijpelijk te maken.

© 2013 Phys.org