SR: 石墨烯与羊膜复合导电生物复合材料替代组织工程膀胱神经网络的研究

在过去的几十年里，再生医学已经发展成为一种利用组织工程技术进行膀胱再生的跨学科方法。根据这一概念，一个主要的设想是通过将不同的生物材料与自体尿路上皮细胞和逼尿肌细胞相结合来创造一个新膀胱。

组织工程学允许结合生物材料和种子细胞，以实验替代膀胱壁。然而，正常的膀胱壁包括分支神经元网络传播信号，其调节尿液储存和排尿。波兰比德哥斯茨哥白尼大学J. Adamowicz等人研究了一种由羊膜（Am）和石墨烯构建的新型生物复合材料，该材料取代了神经元网络，在细胞和外界刺激之间建立了界面。不改变Am表面的情况下转移石墨烯层。应用该方法可保持Am独特的生物活性。以猪膀胱平滑肌细胞(SMC)和猪尿路上皮细胞(UC)作为生物复合材料构建的组织工程构建物，用于评价生物材料的性能。石墨烯层的存在显著提高了生物复合材料的导电性。UCs和SMCs在石墨烯覆盖表面上表现出有组织的生长模式。体外施加电场刺激（EFS）还可增加SMCs的生长和线性排列。制备了配备3D打印石墨烯电极的3D打印腔体，用于传递EFS并记录SMCs植入生物复合材料收缩引起的压力变化。观察到的收缩反应表明在石墨烯层介导的有效SMCs刺激下，石墨烯层构成了有效的细胞与生物材料的界面。该研究以“Development of a conductive biocomposite combining graphene and amniotic membrane for replacement of the neuronal network of tissue-engineered urinary bladder”为题，发表在《scientific reports》上。

图文解读

(A)生物复合材料的制备。(1)铜箔上的石墨烯层。(2) PDMS框架调整至所需的生物材料形状。(3)过硫酸铵溶液蚀刻铜箔。(4) PDMS框架内浮动石墨烯层。(5)洗出过硫酸铵。(6)用Am将石墨烯层置于PDMS框架中垂钓。(7)置于Am表面的石墨烯。(8)小心机械拆除PDMS框架。

(A) PLA 3D打印设备进行测量。(1)印刷石墨烯基电极。(2)调节电极夹紧，允许与材料表面精确建立接触点。(3)电线与电极之间的硅绝缘连接。(4) Am固定在Cellcrown。(B)已构建装置的渲染模型，显示电极的横向固定和排列。(C)电导率评价用的装置。(1)Four-sensing调查。(2)函数发生器。(3)万用表。(4)示波器。

（A）支架上石墨烯的拉曼光谱。（黑色）和参考支架（红色）。虚线表示G和2D波段的位置。（B）测得的电导率。（1）生物复合材料。（2）猪膀胱壁。（3）羊膜。（C）应力-应变曲线代表每个测试样品的杨氏模量。（1）羊膜 （2）生物复合材料。

结论

已开发的基于石墨烯的生物复合材料成功地将外部电刺激传递和传播到培养的平滑肌细胞。导电石墨烯和支持细胞生长的Am的结合产生了能够在体外诱导收缩的组织工程移植物。 利用石墨烯进行生物材料设计，可能成为获得旨在控制和调节组织工程膀胱功能的生物计算机学平台的第一步。

文献：

https://doi.org/10.1038/s41598-020-62197-3