磁性納米粒子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制及生物學(xué)效應(yīng)和碳納米管對(duì)鉀通道影響的研究.pdf

1、納米生物學(xué)作為一門多學(xué)科交叉科學(xué)開啟了生物學(xué)研究的新篇章。然而，納米粒子與生物細(xì)胞具體的相互作用機(jī)制尚未明了。由于納米粒子的大小與DNA、蛋白質(zhì)等生物大分子以及病毒的尺寸相當(dāng)，某些納米粒子的生物效應(yīng)可能涉及到當(dāng)前尚未充分了解的生物與環(huán)境相互作用的機(jī)理，深入系統(tǒng)地研究納米粒子與生物體系的相互作用，一方面不僅可以大大推動(dòng)納米科學(xué)在生物科學(xué)領(lǐng)域的交織發(fā)展，同時(shí)也可以為全面了解納米粒子對(duì)人類生存環(huán)境和健康的影響提供理論依據(jù)。本研究選用了磁性納米

2、粒子及多壁碳納米管兩種納米粒子，探討了它們與細(xì)胞的相互作用及其生物學(xué)效應(yīng)和機(jī)制。
　　 磁性納米粒子已經(jīng)在納米醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域有應(yīng)用。本研究報(bào)道了吞噬細(xì)胞RAW264.7細(xì)胞攝入磁性納米粒子有時(shí)間及劑量依賴性，攝入的磁性納米粒子主要出現(xiàn)在細(xì)胞漿內(nèi)，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體及細(xì)胞核等細(xì)胞器內(nèi)未見。而且，RAW264.7細(xì)胞攝入磁性納米粒子的過程是能量依賴的，提示是經(jīng)由內(nèi)吞途徑進(jìn)入細(xì)胞的。通過特異性內(nèi)吞抑制劑分別干擾各途徑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)clath

3、rin、caveolae介導(dǎo)的內(nèi)吞途徑，巨胞飲及清道夫受體介導(dǎo)的吞噬等途徑均有可能參與磁性納米粒子的入胞過程，而非某單一途徑參與。同時(shí)，我們比較了三種不同吞噬能力的細(xì)胞攝入磁性納米粒子的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，紅細(xì)胞不能攝入磁性納米粒子，吞噬能力強(qiáng)的RAW264.7細(xì)胞攝入磁性納米粒子比弱吞噬能力的3T3L1細(xì)胞快且多，提示在不同類型細(xì)胞納米粒子入胞途徑的選擇有差異。
　　 本研究還進(jìn)一步探索了進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的磁性納米粒子的生物學(xué)效應(yīng)。結(jié)果

4、表明，本研究所用的磁性納米粒子有良好的生物相容性，對(duì)RAW264.7細(xì)胞的細(xì)胞活力、ROS生成及線粒體膜電位等無顯著影響。另外，關(guān)于入胞的磁性納米粒子的歸宿提出3種可能：1）攝入的磁性納米粒子隨細(xì)胞分裂被分至子代細(xì)胞；2）攝入的磁性納米粒子被降解并釋放游離鐵離子；3）磁性納米粒子經(jīng)胞吐釋放至細(xì)胞外。而且，攝入的磁性納米粒子對(duì)細(xì)胞內(nèi)鐵代謝相關(guān)蛋白質(zhì)有影響，能使鐵貯存蛋白質(zhì)ferritin-L，在蛋白質(zhì)及mRNA水平表達(dá)均有升高，鐵輸出蛋白

5、ferroponinl mRNA水平表達(dá)有明顯升高但蛋白質(zhì)水平未見明顯改變，而上述兩種蛋白質(zhì)的變化不是通過降解鐵調(diào)節(jié)蛋白2來實(shí)現(xiàn)的。這些研究結(jié)果為磁性納米粒子作為造影劑及藥物載體等的應(yīng)用研究提供了理論依據(jù)。
　　 作為最有應(yīng)用前景的納米材料之一，碳納米管已經(jīng)成為了納米生物技術(shù)研究領(lǐng)域里的熱點(diǎn)。但是，碳納米管與生物體細(xì)胞相互作用的性質(zhì)及其作用機(jī)制尚不明了，尤其對(duì)于細(xì)胞膜上離子通道的影響。離子通道負(fù)責(zé)機(jī)體可興奮細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo)，對(duì)正常

6、生理活動(dòng)起至關(guān)重要的作用。以鉀通道為例，它參與可興奮細(xì)胞動(dòng)作電位的復(fù)極化。鉀通道功能異常會(huì)導(dǎo)致動(dòng)作電位復(fù)極化失調(diào)、靜息電位不能正確復(fù)位，最終導(dǎo)致機(jī)體功能障礙。在前期工作中我們發(fā)現(xiàn)末端羧基化的多壁碳納米管（長300-800nm，內(nèi)徑10-20nm，外徑40-50nm）可抑制未分化的嗜鉻細(xì)胞瘤（PC12）細(xì)胞上3種鉀通道（Ito、IK、IK1）電流。在此實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，我們對(duì)多壁碳納米管抑制鉀通道的可能機(jī)制進(jìn)行了探討。多數(shù)內(nèi)外源性有害物質(zhì)