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J. Mol. Neurosci.:电纺PLGA-PEG纳米纤维与PLGA纳米纤维在三维培养系统中对人神经SH-SY5Y细胞的突触效应比较
2020/5/23 10:32:32 易丝帮

DOI:10.1007/s12031-020-01596-7

在神经系统中,突触是神经细胞的主要结构和功能单位之一,通过神经网络的形成提供组织连接和整合。在本研究中,评估了体外14天后电纺PLGA和PLGA-PEG纳米纤维对人SH-SY5Y细胞的突触活性。制备了电纺PLGA和PLGA-PEG纳米纤维,并使用HNMR技术对其理化性能进行了测试。将细胞随机分为三组,即对照组(层粘连蛋白涂层的表面)、PLGA组和PLGA-PEG组。通过SEM成像观察了支架的特征、细胞形态、附着和排列。研究者采用MTT分析测定了细胞存活率。为了评估神经突的形成和轴突生长,通过免疫荧光成像观察了用β-微管蛋白III抗体染色的细胞。利用突触蛋白-1和突触素抗体研究了PLGA和PLGA-PEG支架对突触产生和功能活性的影响。根据SEM分析,与PLGA支架相比,PLGA-PEG支架的纳米纤维厚度较薄。与PLGA基底相比,PLGA-PEG组促进了细胞附着、扩增、神经突生长和取向(p<0.05)。MTT分析表明,两种支架均未对细胞活力产生任何神经毒性作用。值得注意的是,与PLGA相比,PLGA-PEG表面的细胞活力随时间显著增长(p<0.05)。免疫荧光染色表明,与PLGA和对照组相比,PLGA-PEG组7天后β-微管蛋白III水平升高,与轴突生长和未成熟的神经元标记物相一致(p<0.05)。根据研究数据,与PLGA和对照组相比,在PLGA-PEG表面的细胞中诱导的突触形成和功能连接性与突触蛋白-1和突触素的增加相符(p<0.05)。综上所述,研究结果表明PLGA-PEG纳米纤维能够为周围神经网络的形成提供良好的微环境,有助于有效的突触形成和神经元间的串扰。

 

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图1.聚(丙交酯-共-乙交酯)-聚乙二醇的1H NMR谱图:(a)PLGA和(b)PLGA-PEG。


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图2.SEM形态表征。通过SEM观察PLGA(a)和PLGA-PEG(b)纳米纤维。结果表明,SH-SY5Y细胞在两种基底上的附着和展平(c-f)。在SEM图中,与PLGA纳米纤维(f)相比,PLGA-PEG纳米纤维(e)中明显有细胞生长和神经炎形成。与PLGA组相比,PLGA-PEG中纤维的平均直径减小(g)。与PLGA组相比,PLGA-PEG表面3天后SH-SY5Y细胞密度显著增加(p<0.05;h)。与PLGA组相比,PLGA-PEG组的细胞在7天后观察到神经突长度增加(p<0.0001;i)。黄色箭头代表在支架表面展平后的细胞质量;红色箭头代表细胞边缘,表示细胞形态学适应、扩散和扁平化。


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图3.MTT测定。在7天的培养中,与对照组相比,SH-SY5Y细胞在PLGA-PEG和PLGA基底上的存活时间显著增加。与PLGA-PEG组相比,PLGA组中活细胞的百分比较低。单向方差分析和Tukey事后测试得出*p<0.05、**p<0.01和***p<0.001。


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图4.测量在PLGA、PLGA-PEG支架表面培养的SH-SY5Y细胞中7天的β-微管蛋白III的蛋白水平(a,b)。用β-微管蛋白III抗体对细胞进行免疫染色,以显示出未成熟的神经元类型。与对照组相比,PLGA和PLGA-PEG组中的大量展平的细胞对β-微管蛋白III呈阳性(p<0.05)。定量分析表明,PLGA-PEG中β-微管蛋白III的水平高于PLGA组(*p<0.05)。细胞核用DAPI染色(蓝色)。单向方差分析和Tukey事后测试得出*p<0.05、**p<0.01和***p<0.001。


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图5.用突触蛋白-1标记物的抗体(a)对PLGA和PLGA-PEG纳米纤维上培养14天的细胞进行免疫染色。对照组中几乎没有细胞表达突触蛋白-1,而在PLGA和PLGA-PEG纳米纤维上的细胞培养提高了突触蛋白-1的蛋白水平(a,b)。与PLGA组相比,PLGA-PEG组中突触蛋白-1的数目增加。这些数据显示了PLGA-PEG基底在诱导培养细胞突触形成方面的优越性。细胞核用DAPI染色(蓝色)。单向方差分析和Tukey的事后测试得出*p<0.05和***p<0.001。


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图6.在存在和不存在RA的情况下,通过测量在PLGA和PLGA-PEG表面上的SH-SY5Y细胞中突触素的水平来进行突触功能分析(a,b)。与无RA的情况相比,RA处理组的突触素阳性细胞明显更多(a,b)。与对照组相比,该蛋白的蛋白水平显著增加。类似于突触蛋白-1,与PLGA组相比,PLGA-PEG支架在促进突触素方面具有更好的效果。单向方差分析和Tukey事后测试得出*p<0.05、**p<0.01和***p<0.001。


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