강화된 PC12 분화를 위한 압전 특성을 지닌 전도성 신경 도관

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12004(2023) 이 기사 인용

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신경 조직의 복원은 주로 신경계의 제한된 재생 능력과 섬유증의 발생으로 인해 매우 어려운 과제로 남아 있습니다. 이러한 제한으로 인해 신경 복구를 촉진하기 위한 새로운 신경 유도 채널을 설계해야 합니다. 본 연구에서는 PC12 분화를 유도하기 위한 새로운 코어/쉘 도관을 개발했습니다. 공동 전기방사 방법을 사용하여 폴리카프로락톤/폴리비닐리덴 플루오라이드 PCL/PVDF, 젤라틴 및 폴리아닐린/그래핀(PAG) 나노복합체를 포함하는 섬유 껍질을 생산했습니다. 도관의 핵심 부분은 PAG와 ZnO 나노입자를 함유한 키토산-젤라틴 하이드로겔로 채워져 있습니다. 이러한 도관은 항균 활성, 전기 전도성 및 압전 특성을 나타냅니다. PC12 분화에 대한 이러한 조작된 도관의 효과는 면역세포화학 및 PCR-RT 기술을 통해 분화 마커 Nestin 및 미세소관 관련 단백질 2(MAP2)를 분석함으로써 조사되었습니다. 결과는 이러한 도관이 PC12 세포에서 Nestin 및 MAP2 유전자 발현을 유의하게 유도할 수 있으며, 따라서 효과적인 세포 분화 및 신경 재생을 위한 실행 가능한 옵션임을 밝혔습니다.

부상 후 신경계는 본질적으로 재생 능력이 제한되어 있습니다1,2. 조직 공학적 신경 유도 도관(NGC)은 손상된 신경 조직을 복구하기 위한 이식편의 희망적인 대안으로 등장했습니다3,4. 세포외막(ECM)과 유사한 구조를 가진 NGC를 제조하려면 생체 적합성, 생분해성, 기계적 특성, 최소 부기 및 염증뿐만 아니라 바람직한 신경 전도와 같은 물질의 물리화학적, 기계적 및 생물학적 특성이 중요합니다4,5,6. 3D 프린팅7, 가스 발포, 동결 건조5 등 보고된 다양한 기술 외에도 전기방사는 ECM7,8,9을 모방하고 세포의 성장과 증식을 위한 충분한 공간을 제공할 수 있는 섬유 및 다공성 구조를 생산하기 위한 비용 효율적인 접근 방식입니다10. 반결정성을 지닌 생체적합성 폴리머인 폴리카프로락톤(PCL)은 조직 공학에서 스캐폴드의 구조적 무결성과 기계적 안정성을 제공합니다8,11. 젤라틴은 높은 생분해성, 생체 적합성 및 뛰어난 세포 접착성으로 인해 지지체 제조에 널리 활용되는 천연 생체 고분자입니다. 따라서 PCL8,11의 낮은 친수성 및 세포 부착 부위의 부재를 개선하는 데 사용할 수 있습니다. 키틴의 탈아세틸화로부터 유래된 키토산(CS)은 생체 적합성과 항균 활성을 가지고 있습니다14,15 젤라틴의 특성을 고려할 때 키토산과 젤라틴을 혼합하면 키토산의 부족한 생체 활성을 보완할 수 있습니다16.

많은 연구 노력을 통해 신경 세포의 세포 접착, 증식, 분화 및 이동에 대한 전기력의 효과적인 역할이 밝혀졌습니다8,14. 폴리아닐린(PANI)은 높은 화학적, 열적 저항성과 상당한 전도성을 나타냅니다. 단일 원자 sp2 시트 결합 탄소를 가진 그래핀은 전기 전도성 분야에서 더 많은 주목을 받았습니다. 폴리아닐린/그래핀(PAG) 나노복합체는 PANI8,17보다 더 높은 전도성을 가지며, 이는 신경 성장 및 분화5,6,18에 도움이 될 수 있는 것으로 나타났습니다. 전기전도도가 높고 화학적 안정성이 우수한 PAG를 전도성 도관 제작에 적용하였습니다. Boroojeniet al. 젤라틴 나노섬유 내에 PAG 나노복합체를 통합하여 축삭의 전도성 거동과 유사한 전도성 특성을 스캐폴드에 부여했습니다. Mohammadiet al. 2% 중량을 함유한 다중 채널 전기 방사 신경 전도성 PCL/젤라틴 도관이 언급되었습니다. PAG는 세포 성장에 가장 유리한 것이었습니다8. Soleimaniet al. PAG 나노입자는 키토산/젤라틴 기반 지지체6에서 세포 접착과 성장을 향상시킬 수 있다고 밝혔습니다. Bayatet al. PAG를 알지네이트 안내 채널에 통합하여 세포 자극 및 성장을 위한 전도도의 긍정적인 역할을 표현했습니다.