萬用材料石墨烯又有新應(yīng)用，能用來強化神經(jīng)訊號傳遞
專欄：行業(yè)資訊
發(fā)布日期：2018-03-26
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石墨烯是由碳原子排列的正六角形所組成，是具有彈性卻十分堅固的平面薄膜，也是迄今發(fā)現(xiàn)電阻最小的材料。盡管石墨烯從被發(fā)現(xiàn)至今不到 20 年，但它正在改變包含組織工程、神經(jīng)義肢（neuroprosthetics）和藥物研發(fā)在內(nèi)的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。
直到 2004 年英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆（Andre Konstantin Geim）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）成功將石墨烯從石墨中分離出來以前，石墨烯一直被認(rèn)為是假設(shè)性的結(jié)構(gòu)，而他們兩人也因這個具開創(chuàng)性的實驗而共同獲得 2010 年諾貝爾物理學(xué)獎。
由于石墨烯具有易導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，所以是很好的生物感測器，然而最近科學(xué)家卻發(fā)現(xiàn)它并非電中性。當(dāng)美國范德比大學(xué)（Vanderbilt University）的科學(xué)家試著利用石墨烯來測量大腦的電氣活動時，發(fā)現(xiàn)它實際上會增強神經(jīng)細(xì)胞傳遞的訊號。
石墨烯會使神經(jīng)細(xì)胞吸收更多膽固醇，而這些脂質(zhì)類會被用來制造更多包裹神經(jīng)遞質(zhì)的囊泡。神經(jīng)遞質(zhì)是在不同神經(jīng)細(xì)胞間傳遞訊號的化學(xué)信使，因此當(dāng)越多囊泡被制造，便代表有更多的神經(jīng)遞質(zhì)被傳遞，產(chǎn)生更強神經(jīng)訊號。
這項研究被發(fā)布在 2018 年 2 月 23 日的《自然通訊》（Nature Communications）雜志。文中提到研究人員可以借由改變石墨烯的多寡來操縱細(xì)胞中膽固醇的含量，再進一步了解細(xì)胞之間傳遞訊息的方式。
范德比大學(xué)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)助理教授 Qi Zhang 博士表示：“石墨烯不僅可以成為輸送藥物的良好載體，甚至還可能具有潛在的藥物療效。”于是研究人員讓神經(jīng)細(xì)胞生長在石墨烯上，以便后續(xù)實驗進行。
跨界材料科學(xué)研究生、同時也是本篇論文第一作者的 Kristina Kitko 表示：“我們觀察到生長在石墨烯上的神經(jīng)元發(fā)射頻率有明顯增加，這件事大大激起我們的好奇心，于是我們想以更具針對性的方式測量突觸前神經(jīng)元的活性。而結(jié)果令我們大感訝異：石墨烯竟然能使突觸前神經(jīng)訊號增強！”
研究人員意識到石墨烯可能參與神經(jīng)細(xì)胞膜的作用，而細(xì)胞膜主要由膽固醇組成，因此下一個要研究問題的是：“膽固醇有可能參與其中嗎？”于是他們想到了控制細(xì)胞膜上的膽固醇。
膽固醇對細(xì)胞而言是很重要的基本組成物質(zhì)，也會參與某些藥物的作用，研究人員發(fā)現(xiàn)石墨烯會影響 G 蛋白偶合受體（一類膜蛋白受體的統(tǒng)稱，目前已有一半以上的藥物都會以此受體為標(biāo)靶來和細(xì)胞結(jié)合），其過程中許多作用的活性是受膽固醇調(diào)控。
科學(xué)家總是對石墨烯的應(yīng)用寄予厚望，或許有朝一日大腦神經(jīng)元神經(jīng)遞質(zhì)的運送方式和膽固醇的作用關(guān)系，能借由石墨烯來解答。
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