神经干细胞(Neural stem cell,NSC)是一类来源于神经组织,具有分化成神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞的潜能,并且能够自我更新和增殖的细胞群体,为治疗神经系统疾病的理想移植细胞源之一。在组织工程和再生医学领域,利用材料学的方法能够调控神经干细胞的行为,通过对神经干细胞的增殖、分化、迁移等行为的调控,以达到修复神经损伤或重建具有正常功能的组织。石墨烯(graphene)是一种潜在的组织工程材料,多项研究发现,石墨烯具有很好的神经界面效应能够促进干细胞再生,诱导干细胞的定向分化;同时也能够促进原代神经元的生长发育以及促进神经干细胞增殖形成神经球进而形成功能性的神经网络。但是,目前对于石墨烯如何调控神经干细胞分化命运的机制研究还不清楚。本课题承接课题组先前研究的基础,主要利用高通量测序RNA-seq技术和传统的细胞生物学实验技术,在转录水平研究石墨烯对神经干细胞分化的调控机制,以促进石墨烯在组织工程和再生医学中的应用。为了在转录水平研究石墨烯调控神经干细胞分化的机制,首先利用化学气相沉积法(Chemical vapor deposition,CVD)制备了石墨烯。通过扫描电子显微镜镜(Scanning electron microscopy,SEM)、透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)和拉曼光谱仪(Raman spectra)对石墨烯进行表征分析,结果发现所制备的石墨烯是由3~5层组成的表面具有褶皱结构的透光性材料。其次,通过传统的生物学实验,对神经干细胞特异性标记物Nestin进行免疫荧光细胞化学实验,观察发现大部分细胞为Nestin阳性,证明实验中分离培养的原代细胞的类型确实为神经干细胞。再次,利用透射电子显微镜观察分化的神经干细胞在石墨烯衬底上形成细胞间的联系,结果表明细胞能够粘附于石墨烯衬底并生长。接下来,对神经元树突特异性标记物MAP-2免疫荧光细胞化学实验,结果表明石墨烯对神经干细胞分化的促进作用。最后,通过高通量RNA-Seq分析神经干细胞在石墨烯衬底上分化21天的神经元细胞。分析实验结果发现石墨烯影响神经干细胞分化为神经元后富集表达基因、差异表达基因以及可能参与调控神经元神经突的生长以及功能成熟的功能相关基因和信号通路基因,这表明石墨烯衬底对神经干细胞分化的影响是多个基因共同作用的结果。综上所述,本研究将材料学的方法引入到神经干细胞的研究中,制备具有良好特性的石墨烯,通过高通量RNA-Seq和传统的生物学技术,研究石墨烯对神经干细胞分化相关的基因。结果对于理解石墨烯影响干细胞的行为机制提供了实验基础,同时,也说明石墨烯在组织工程和再生医学中的应用奠定理论基础。