石墨烯新应用:增强神经细胞传递的讯号

日期:2018-03-29 / 人气: / 编辑:jutan / 来源:未知

石墨烯是由碳原子排列的正六角形所组成,是具有弹性却十分坚固的平面薄膜,也是迄今发现电阻最小的材料。尽管石墨烯从被发现至今不到 20 年,但它正在改变包含组织工程、神经义肢(neuroprosthetics)和药物研发在内的生物医学领域。 直到 2004 年英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆(Andre Konstantin Geim)和康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)成功将石墨烯从石墨中分离出来以前,石墨烯一直被认为是假设性的结构,而他们两人也因这个具开创性的实验而共同获得 2010 年诺贝尔物理学奖。

由于石墨烯具有易导电性和导热性,所以是很好的生物感测器,然而最近科学家却发现它并非电中性。当美国范德比大学(Vanderbilt University)的科学家试着利用石墨烯来测量大脑的电气活动时,发现它实际上会增强神经细胞传递的讯号。 石墨烯会使神经细胞吸收更多胆固醇,而这些脂质类会被用来制造更多包裹神经递质的囊泡。神经递质是在不同神经细胞间传递讯号的化学信使,因此当越多囊泡被制造,便代表有更多的神经递质被传递,产生更强神经讯号。

这项研究被发布在2018年2月23日的《自然通讯》(Nature Communications)杂志。文中提到研究人员可以借由改变石墨烯的多寡来操纵细胞中胆固醇的含量,再进一步了解细胞之间传递讯息的方式。范德比大学医学院药理学助理教授 Qi Zhang 博士表示:“石墨烯不仅可以成为输送药物的良好载体,甚至还可能具有潜在的药物疗效。”于是研究人员让神经细胞生长在石墨烯上,以便后续实验进行。

跨界材料科学研究生、同时也是本篇论文第一作者的 Kristina Kitko 表示:“我们观察到生长在石墨烯上的神经元发射频率有明显增加,这件事大大激起我们的好奇心,于是我们想以更具针对性的方式测量突触前神经元的活性。而结果令我们大感讶异:石墨烯竟然能使突触前神经讯号增强!” 研究人员意识到石墨烯可能参与神经细胞膜的作用,而细胞膜主要由胆固醇组成,因此下一个要研究问题的是:“胆固醇有可能参与其中吗?”于是他们想到了控制细胞膜上的胆固醇。

胆固醇对细胞而言是很重要的基本组成物质,也会参与某些药物的作用,研究人员发现石墨烯会影响 G 蛋白偶合受体(一类膜蛋白受体的统称,目前已有一半以上的药物都会以此受体为标靶来和细胞结合),其过程中许多作用的活性是受胆固醇调控。科学家总是对石墨烯的应用寄予厚望,或许有朝一日大脑神经元神经递质的运送方式和胆固醇的作用关系,能借由石墨烯来解答。