在Scientific Reports最近发表的一篇文章中，研究人员研究了单层氧化石墨烯（slGO）纳米片封装在藻酸盐微凝胶中后，如何增强人骨髓干细胞（hBMSCs）的增殖和成骨分化。将 slGO 集成到微流体系统中旨在创造一个模拟自然组织条件的有利三维（3D）环境，从而促进细胞的生长和功能。
背景
氧化石墨烯因其高比表面积、机械强度和生物相容性而在生物医学应用中占据重要地位。以往的研究表明，氧化石墨烯的尺寸和表面特性会显著影响干细胞的行为，尤其是在促进分化成成骨细胞方面。控制这些特性可实现再生医学中的定制应用。
微流控细胞封装具有精确液滴控制等优势，而精确液滴控制对细胞存活和营养交换至关重要。本研究通过研究 slGO 和海藻酸盐微凝胶对 hBMSCs 的联合作用来提高成骨潜能，从而拓展了现有知识。
当前研究
研究人员采用了多种技术来表征 slGO 并分析其对 hBMSCs 的影响。研究人员利用傅立叶变换红外（FTIR）光谱鉴定了slGO中的官能团，并利用原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）检查了纳米片的表面形态和形貌。使用 Zetasizer Nano ZS95 测量了 slGO 的尺寸分布和 zeta 电位，确保纳米片在生物应用的最佳尺寸范围内。
为了评估 slGO 的细胞毒性，对暴露于不同浓度 slGO 的 hBMSCs 在不同时间段内进行了 MTT 试验。对细胞的代谢活动进行了量化，以确定 slGO 对细胞活力的影响。此外，还利用微流体设备将 hBMSCs 包裹在海藻酸盐微凝胶中，从而促进了均匀液滴的生成。
对封装的细胞进行活/死试验，以评估其随着时间推移的存活率。此外，还进行了定量反转录聚合酶链反应（qRT-PCR），以分析成骨标志基因（包括 Runx2、碱性磷酸酶（ALP）和骨钙素（OCN））的表达水平，从而了解 hBMSCs 的分化状态。
结果与讨论
超声处理后，slGO 纳米片的尺寸约为 916.9 纳米，有利于干细胞分化。zeta 电位为 -18.7 mV，表明 slGO 悬浮液具有良好的稳定性。
MTT检测结果显示，低浓度的slGO（0.002至0.2微克/毫升）对细胞活力没有明显影响，而较高浓度的slGO（2和20微克/毫升）在48小时后会导致hBMSC增殖明显减少。这表明 slGO 在低剂量时具有生物相容性，但在较高浓度时会产生细胞毒性，这与之前有关纳米材料剂量效应的研究一致。
qRT-PCR 分析表明，与对照组相比，slGO 包囊的 hBMSCs 中成骨细胞标记物的表达明显增加，Runx2、ALP 和 OCN 的水平均有所提高。这些研究结果表明，slGO 不仅能提高细胞活力，还能促进成骨分化。这些发现表明，slGO 有潜力成为骨组织工程支架中的生物活性成分，提高细胞存活率和分化能力。
这项研究还强调了微流体技术在实现细胞均匀包被方面的重要性，这对细胞反应的一致性至关重要。在微流体系统中将 slGO 整合到藻酸盐微凝胶中为再生医学生物材料的开发提供了一种创新方法。这种方法可通过加入 slGO 对微凝胶的特性进行微调，为优化干细胞疗法提供了机会。
结论
本研究表明，当 slGO 纳米片封装在藻酸盐微凝胶中时，可增强 hBMSCs 的增殖和成骨分化。研究结果证明了 slGO 在低浓度下的生物相容性及其作为组织工程中生物活性成分的潜在作用。微流控封装方法进一步完善了这种方法，实现了对细胞微环境的精确控制。
这些发现有助于加深人们对再生医学中纳米材料的理解，并突出了 slGO 作为支持干细胞功能和组织再生的先进支架候选材料的潜力。未来的研究应侧重于优化配方和评估长期的体内效应，以充分发挥slGO的治疗潜力。
期刊参考
Soleymani H., et al. (2024). Single-layer graphene oxide nanosheets induce proliferation and Osteogenesis of single-cell hBMSCs encapsulated in Alginate Microgels. Scientific Reports 14, 25272. DOI: 10.1038/s41598-024-76957-y, https://www.nature.com/articles/s41598-024-76957-y
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