综述：DNA与石墨烯基纳米材料在干细胞治疗与再生中的应用

《ACS Biomaterials Science & Engineering》：DNA and Graphene-Based Nanomaterial Applications in Stem Cell Therapeutics and Regeneration

本综述聚焦干细胞治疗临床转化困境，重点评述了兼具DNA程序化设计能力与石墨烯优异导电性的新型纳米材料平台。文章系统阐述了该类材料作为智能支架，通过调控干细胞行为、实现药物精准递送（如CRISPR-Cas9系统）与实时监测等功能，在神经、心肌等组织再生中的突破性进展，同时剖析了其长期细胞毒性、规模化制备及监管审批等转化挑战，并展望了AI驱动设计、患者特异性3D生物打印等未来方向。

　　

干细胞治疗的挑战与纳米材料的机遇

干细胞疗法已被证明是再生医学领域的变革性工具，为组织修复和器官功能恢复提供了新范式。然而，其临床转化仍面临诸多挑战，包括移植后细胞存活率低、分化效率不足以及与宿主组织整合不佳等问题。传统的生物材料难以提供精确的控制功能和多功能性，致使这些临床障碍无法被有效克服。在此背景下，能够以高特异性引导干细胞命运、行为、分化及整合的先进生物材料平台应运而生，成为研究焦点。

DNA与石墨烯基纳米材料的协同优势

近年来，纳米技术的一项创新将DNA与石墨烯的特性相结合，催生了DNA-和石墨烯基纳米材料。DNA具有高度的可编程性、优异的生物相容性和靶向潜力；而石墨烯衍生物，如氧化石墨烯（Graphene Oxide, GO），则拥有卓越的导电性、机械强度和可调节的功能性。二者的结合形成的DNA-石墨烯基杂化材料，可作为优异的支架，为干细胞应用提供结构和电信号引导。这种协同作用使得在药物递送、移植细胞的实时监测以及组织再生方面实现精确控制成为可能。

在再生医学中的多功能应用

这些智能材料系统在干细胞治疗中展现出多方面的应用潜力。例如，它们可作为三维支架模拟细胞外基质（ECM）环境，促进干细胞的粘附、增殖和定向分化。利用DNA的精确识别与自组装能力，可将生长因子、小分子药物或基因编辑工具（如CRISPR-Cas9）精准递送至靶细胞，从而高效调控特定分化通路。此外，石墨烯卓越的电学性质使其能够实时监测干细胞分化过程中的电生理信号变化，为评估治疗效果提供动态窗口。在神经组织、心肌组织及骨软骨等复杂组织的再生应用中，这些材料已显示出促进功能重建的潜力。

面临的转化障碍与未来展望

尽管前景广阔，DNA-石墨烯基纳米材料走向临床仍存在一些转化障碍。长期使用可能引发的细胞毒性、大规模生产的工艺难题以及严格的监管审批要求是目前亟需解决的问题。展望未来，整合人工智能（AI）驱动的材料结构设计、发展患者特异性的3D生物打印技术构建个性化支架，将是推动该领域发展的关键方向。这些前沿技术的融合有望为干细胞治疗和再生医学提供更强大、更精准的有效工具。