磁性納米粒子跨膜轉運機制及生物學效應和碳納米管對鉀通道影響的研究.pdf

1、納米生物學作為一門多學科交叉科學開啟了生物學研究的新篇章。然而，納米粒子與生物細胞具體的相互作用機制尚未明了。由于納米粒子的大小與DNA、蛋白質等生物大分子以及病毒的尺寸相當，某些納米粒子的生物效應可能涉及到當前尚未充分了解的生物與環(huán)境相互作用的機理，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納米科學在生物科學領域的交織發(fā)展，同時也可以為全面了解納米粒子對人類生存環(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，探討了它們與細胞的相互作用及其生物學效應和機制。
　　 磁性納米粒子已經(jīng)在納米醫(yī)學等諸多領域有應用。本研究報道了吞噬細胞RAW264.7細胞攝入磁性納米粒子有時間及劑量依賴性，攝入的磁性納米粒子主要出現(xiàn)在細胞漿內，而內質網(wǎng)、線粒體及細胞核等細胞器內未見。而且，RAW264.7細胞攝入磁性納米粒子的過程是能量依賴的，提示是經(jīng)由內吞途徑進入細胞的。通過特異性內吞抑制劑分別干擾各途徑，結果發(fā)現(xiàn)clath

3、rin、caveolae介導的內吞途徑，巨胞飲及清道夫受體介導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，我們比較了三種不同吞噬能力的細胞攝入磁性納米粒子的差異。結果發(fā)現(xiàn)，紅細胞不能攝入磁性納米粒子，吞噬能力強的RAW264.7細胞攝入磁性納米粒子比弱吞噬能力的3T3L1細胞快且多，提示在不同類型細胞納米粒子入胞途徑的選擇有差異。
　　 本研究還進一步探索了進入細胞內的磁性納米粒子的生物學效應。結果

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RAW264.7細胞的細胞活力、ROS生成及線粒體膜電位等無顯著影響。另外，關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胞分裂被分至子代細胞；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)胞吐釋放至細胞外。而且，攝入的磁性納米粒子對細胞內鐵代謝相關蛋白質有影響，能使鐵貯存蛋白質ferritin-L，在蛋白質及mRNA水平表達均有升高，鐵輸出蛋白

5、ferroponinl mRNA水平表達有明顯升高但蛋白質水平未見明顯改變，而上述兩種蛋白質的變化不是通過降解鐵調節(jié)蛋白2來實現(xiàn)的。這些研究結果為磁性納米粒子作為造影劑及藥物載體等的應用研究提供了理論依據(jù)。
　　 作為最有應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研究領域里的熱點。但是，碳納米管與生物體細胞相互作用的性質及其作用機制尚不明了，尤其對于細胞膜上離子通道的影響。離子通道負責機體可興奮細胞的信號傳導，對正常

6、生理活動起至關重要的作用。以鉀通道為例，它參與可興奮細胞動作電位的復極化。鉀通道功能異常會導致動作電位復極化失調、靜息電位不能正確復位，最終導致機體功能障礙。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，內徑10-20nm，外徑40-50nm）可抑制未分化的嗜鉻細胞瘤（PC12）細胞上3種鉀通道（Ito、IK、IK1）電流。在此實驗結果的基礎上，我們對多壁碳納米管抑制鉀通道的可能機制進行了探討。多數(shù)內外源性有害物質