一种用于模拟高血糖引起的脊髓神经元损伤并进行治疗评估的3D I型胶原水凝胶支架的研制

《Histochemistry and Cell Biology》：Development of a 3D collagen type I hydrogel scaffold for modeling hyperglycemia-induced spinal neuronal damage and therapeutic evaluation

　　

摘要

本研究旨在开发一种三维胶原蛋白I型水凝胶支架，用于在高葡萄糖条件下模拟脊髓神经元培养环境，从而模拟糖尿病神经病变和妊娠期糖尿病等状况。该水凝胶是由大鼠尾部的胶原蛋白I型制成的。通过扫描电子显微镜检测其孔隙率，利用流变仪的振幅扫描测试来评估其黏弹性特性。大鼠胚胎脊髓神经元在二维和三维水凝胶模型中进行培养，通过Sholl分析方法观察神经元形态。细胞活力及葡萄糖压力下的细胞毒性则通过3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基四唑鎓溴化物（MTT）检测法以及活细胞/死细胞成像技术进行评估。姜黄素则是通过β-环糊精金属-有机框架（β-CD-MOFs）递送的。磷酸酶和张力蛋白同源物（PTEN）基因的表达则通过实时聚合酶链反应（PCR）进行分析。扫描电子显微镜分析显示，该水凝胶的平均孔径为57.96微米，弹性模量在138.56至178.25帕之间，tan δ值在0.124到0.180之间，表明其具有以弹性为主的性质。细胞活力检测结果证实了该水凝胶的生物相容性。在三维环境中培养的神经元表现出更强的突起生长能力和更复杂的分支结构。高葡萄糖环境会导致细胞活力呈剂量依赖性下降，而通过β-CD-MOFs施加6.8微摩尔的姜黄素处理则能提升二维和三维模型中细胞的活力。葡萄糖暴露会显著上调PTEN基因的表达，而姜黄素处理可减弱这一效应。所开发的胶原蛋白I型水凝胶支架具备适宜的孔隙率、机械柔顺性以及生物相容性，非常适合用于三维脊髓神经元培养，可作为研究神经元对高血糖反应以及姜黄素等潜在治疗药物作用效果的理想平台。