石墨烯纳米片增强人骨髓间充质干细胞向神经元分化的研究

为解决神经退行性疾病治疗中神经元功能不足的难题，土耳其萨班奇大学的研究团队创新性地将石墨烯纳米片(GNPs)与人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)结合，系统评估了GNPs在神经元分化中的作用。研究发现0.4μg/ml GNP与0.2%明胶协同可显著提升神经元标志物MAP2、Tuj1表达，促进钙信号传导和形态学分化，为神经再生医学提供了新型生物材料策略。

　　

神经退行性疾病的治疗一直是医学界的重大挑战，传统动物模型因物种差异难以模拟人类疾病进程，而干细胞技术为构建人源化模型带来了希望。人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)具有多向分化潜能，但其向神经元分化的效率和功能成熟度始终受限。现有化学诱导方法存在周期长、效率低等问题，亟需开发新型物理化学调控手段。石墨烯材料因其优异的导电性和生物相容性在神经组织工程中崭露头角，但既往研究多聚焦氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO)，对导电性更优的石墨烯纳米片(GNPs)的探索仍属空白。

土耳其萨班奇大学分子生物学与遗传工程系的Gulsah Sevimli团队在《Biological Research》发表的研究，首次系统揭示了GNPs促进hBMSCs神经元分化的分子机制。研究人员通过MTT实验筛选出0.1-0.4μg/ml的安全浓度范围，利用慢病毒转染构建GFP标记的hBMSCs追踪分化过程，结合RT-qPCR、免疫荧光染色定量神经元标志物表达，并采用Fluo-4 AM钙成像技术评估功能成熟度。

细胞毒性分析
通过1/4/7天的MTT实验发现，0.4μg/ml GNP在维持>80%存活率的同时显著促进分化，而≥2μg/ml则显示细胞毒性。DMSO溶剂对照实验证实低浓度溶剂不影响实验结果。

形态学追踪
稳定表达GFP的hBMSCs（流式检测阳性率85-90%）在0.4μg/ml GNP组呈现最显著的神经突伸长（20倍镜观察），荧光强度分析显示第7天0.2%明胶组信号最强，但GNP组形态学变化更典型。

分子标志物表达
RT-qPCR显示第4天0.4μg/ml GNP使成熟神经元标志物MAP2表达提升3.5倍，早期标志物Tuj1增加4.2倍；第7天Nestin（神经前体标志）下降表明分化成熟。免疫荧光定量证实0.4μg/ml GNP组MAP2阳性细胞占比达68%，显著高于明胶对照组的42%。

功能性验证
钙成像显示ATP刺激后，0.4μg/ml GNP组钙瞬变幅度较对照组提高2.3倍，第7天信号减弱提示钙稳态建立，符合成熟神经元特性。

该研究突破性地证明GNPs通过双重机制发挥作用：物理上提供导电微环境促进电信号传导，化学上激活MAPK/ERK通路和钙信号相关基因。0.4μg/ml GNP与明胶的协同组合不仅加速分化进程，更显著提升功能性神经元比例，为帕金森病等疾病的细胞治疗提供了标准化方案。研究者特别指出，分化群体的异质性（含30-40% Nestin阳性细胞）反而更接近病理状态，为疾病建模带来优势。未来可进一步探索GNPs在三维支架中的应用，或结合电刺激优化突触网络形成。这项成果为神经再生医学开辟了纳米材料-干细胞联合治疗的新范式。