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阿尔兹海默病(Alzheimer’s Disease,AD)是老年人群最常见的中枢神经系统退行性疾病,主要病理学特征为细胞外淀粉样蛋白(Amyloid-beta,Aβ)沉积形成老年斑所引发神经元功能丢失或死亡,减少Aβ沉积是AD治疗的潜在途径之一。目前为止,化学药物多针对维持大脑乙酰胆碱水平或阻断谷氨酸毒性,只能减轻病症表现或缓解病理进展,并不能有效治愈AD。随着干细胞技术的发展和应用,间充质干细胞(Mesenchymal Stem Cells,MSCs)在AD治疗研究中效果显著,能够减少AD小鼠海马区Aβ沉积、抑制免疫炎症反应和氧化应激损伤、改善记忆认知障碍等。深入研究发现MSCs在体内并没有显著的分化行为,而是通过旁分泌机制实现其治疗效果。外泌体(Exosomes)是一类具有双层脂质膜结构的纳米囊泡,能够携带来源细胞的生物活性分子到受体细胞,进行信息交流传递。外泌体内含物组分并不是一成不变,而是受来源细胞类型及病理条件、所处微环境的影响。目前为止,三维支架培养体系是否能够影响MSCs来源外泌体内含物组分以及对AD是否存在更好的治疗效果,尚未有相关报道。本课题使用化学气相沉积法制备了二维石墨烯衬底和三维石墨烯泡沫支架,将两种不同维度的石墨烯基底材料作为载体培养人脐带MSCs,通过超速离心法分别从其培养上清液中获得外泌体。利用透射电子显微镜、纳米颗粒示踪及Western blot技术对来自不同培养维度的外泌体进行形貌、粒径分布及标志物蛋白鉴定。利用微阵列技术检测了外泌体源性miRNA表达差异,Western blot技术检测了外泌体中与Aβ错折叠、降解相关蛋白富集水平。进一步通过AD病理细胞模型和APP/PS1转基因AD小鼠验证了不同培养维度来源外泌体在抑制Aβ沉积和改善记忆认知障碍的潜在能力。结果表明:与二维培养来源外泌体相比,三维支架培养微环境来源外泌体(3D-Exo)中有195种miRNA表达水平以及脑啡肽酶、胰岛素降解酶、热休克蛋白70富集水平发生了显著性变化;3D-Exo能够通过调节α-分泌酶与β-分泌酶的表达活性,更为明显的降低细胞水平及小鼠海马区Aβ沉积,并缓解神经炎症反应和氧化应激损伤。随着海马区病理症状改善,3D-Exo更好的提高了 AD小鼠空间学习和记忆能力。本课题研究结果认为三维支架培养微环境赋予了 MSCs来源外泌体独特的内含物组分,3D-Exo通过携带这些特异表达的miRNA和蛋白质在AD治疗中发挥更好的效果,将为实现基于三维支架材料和间充质干细胞的无材料治疗及无细胞治疗提供新思路。