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贵金属纳米粒子的体外生物学效应评估及其相关研究

贵金属纳米粒子的体外生物学效应评估及其相关研究

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作者：梁玲兰州大学

学位级别：硕士

随着纳米技术的快速发展及其产品的广泛应用,纳米材料将通过各种可能途径释放到环境中,并通过不同途径进入人体内。然而,对纳米材料与生物系统相互作用的认识还不深入,其生物安全性还未得到全面分析和评价。目前,纳米材料的生物安全效... 详细信息

随着纳米技术的快速发展及其产品的广泛应用,纳米材料将通过各种可能途径释放到环境中,并通过不同途径进入人体内。然而,对纳米材料与生物系统相互作用的认识还不深入,其生物安全性还未得到全面分析和评价。目前,纳米材料的生物安全效应评估几乎都是以传统生物学实验的方法获取数据加以说明,然而鉴于纳米材料特殊的理化性质可能对这些生物实验方法产生干扰并未加以排除,实际上,最终的安全性评估结果并不真实可靠。为了准确全面的评估纳米粒子的生物安全性,十分有必要系统地确认纳米粒子对于测试方法本身的干扰。另外,纳米材料的生物效应还来源于纳米材料与生物分子的相互作用。纳米粒子一旦与生物液体(如血液、细胞液)接触,其表面会迅速吸附一层或多层蛋白质分子,形成蛋白质冕。纳米粒子在生物体中的性质主要由表面蛋白壳决定,即纳米粒子表面吸附的生物分子的种类和多少赋予了纳米材料在生物环境中新的生物学特性。蛋白质冕的研究能为预测纳米粒子在生物体系中的行为以及设计特定功能的纳米粒子提供最基础的物理化学信息。本论文围绕纳米材料的体外生物效应以及纳米材料与生物分子相互作用,开展了纳米银(AgNPs)在体外生物效应检测中纳米材料对检测方法的干扰,以及纳米材料与蛋白质相互作用的荧光相关光谱法研究,具体研究结果总结如下:1、从光吸收、纳米粒子表面吸附及与化学试剂发生反应等三个方面系统的、定量的研究不同粒径和表面官能团的纳米银(AgNP-PVP-20,AgNP-CIT-20及AgNP-CIT-110)对几种常见的细胞毒性评估实验的干扰,如LDH释放、MTS测定、NO产生及ROS形成的检测。研究结果表明AgNPs确实对上述检测实验产生了干扰,尤其是LDH实验,42.8μg mL-1 AgNP-PVP-20导致0.5 U m L-1 LDH标液体系中LDH活力值下降50%,而42.8μg m L-1 AgNP-CIT-20下降了约70%。结果暗示我们在对AgNPs或其他纳米材料的生物安全效应评估前,须确认纳米粒子是否会对检测实验方法产生干扰。2、探究不同表面包被层的纳米银(AgNP-PVP-20,AgNP-CIT-20)对Hep G2产生的细胞毒性、ROS产生水平及在细胞内AgNPs的分布。MTS、LDH、NO及ROS实验均显示CIT包被的AgNPs产生的细胞毒性明显高于PVP包被的AgNPs,且浓度越大其细胞毒性越强。实验结果证实AgNPs可引起细胞膜破裂、LDH泄露、细胞增殖受抑制及氧化应激反应,从而导致不同程度细胞坏死或凋亡现象。3、基于荧光寿命相关光谱模型,利用金属增强荧光效应且伴随荧光分子荧光寿命变化原理,分离不同荧光寿命物种之间的关联信息,研究纳米金(AuNPs)与蛋白质分子的动力学过程,并获得AuNPs与蛋白相互作用的吸附和脱附速率常数等动力学信息。实验过程中合成了约65 nm的AuNPs,选用柔性HS-PEG-NH2对其进行了功能化,控制金属与荧光团的距离,最终用Alexa Fluo 594酯荧光标记。研究结果表明,在预实验条件下,不同分子量的HS-PEG-NH2对Alexa Fluo594酯荧光寿命改变影响不大。

关键词：贵金属纳米粒子生物学效应体外毒性评估干扰蛋白质与纳米粒子相互作用荧光相关光谱

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