纳米二氧化硅粒径相关的细胞毒性作用

论文摘要

纳米二氧化硅是纳米材料中的重要一员,其化学纯度高,分散性好,具有许多独特的理化性质,被广泛应用于生物医学、化妆品、建筑材料及化工生产的各个领域。随着纳米二氧化硅产量及应用范围的逐渐扩大,人群的接触机会日益增加。因此,有必要对纳米二氧化硅的生物效应和安全性进行研究。纳米颗粒的粒径越小,比表面积越大,处于颗粒表面的原子数就越多,其表面能会迅速增加。因此,纳米颗粒的粒径越小,自身的化学反应性就越高,但纳米颗粒所产生的生物学效应是否与粒径相关,目前还少有报道。本研究以体外培养细胞系人肝癌细胞HepG2作为模型,对四种不同粒径的二氧化硅颗粒（498 nm、68 nm、43 nm、19 nm）可能产生的生物学效应及其相关机制进行了初步的研究。采用透射电子显微镜（TEM）及动态光散射粒度分析仪（DLS）对二氧化硅颗粒的表征及稳定性进行检测;采用倒置生物显微镜观察HepG2细胞的生长情况;HE染色法观察细胞形态学改变;CCK-8试剂盒及MTT比色法检测二氧化硅颗粒对细胞增殖的影响;LDH释放法检测细胞膜完整性的改变;使用荧光显微镜观察细胞内ROS的产生及二氧化硅颗粒对细胞内DNA的损伤作用;并进一步采用流式细胞术（FCM）对细胞内的ROS、细胞周期及细胞凋亡进行检测。结果显示:二氧化硅颗粒的细胞毒性作用存在明显的剂量依赖性。并且随着二氧化硅颗粒粒径的减小,细胞形态改变逐渐明显,双核及多核发生率显著升高,细胞存活率逐渐下降,细胞膜完整性的改变逐渐明显。细胞内ROS的测定结果表明,Si498处理组细胞未出现明显改变,但三个纳米二氧化硅处理组,随颗粒粒径的减小,细胞内ROS的产生显著增加。四种二氧化硅颗粒均可引起DNA损伤及细胞周期分布的改变,并且随着颗粒粒径的减小,细胞内的DNA损伤程度逐渐增大,细胞凋亡率逐渐升高。结论:二氧化硅颗粒可对人肝癌细胞HepG2产生毒性作用,并且颗粒所产生的生物学效应与粒径有关,即二氧化硅颗粒的粒径越小,其对细胞的损伤作用越明显。本研究明确了二氧化硅颗粒与粒径相关的细胞毒性作用,并对其可能的机制作了初步探讨,为评价纳米二氧化硅颗粒的生物安全性提供实验依据。

论文目录

• 提要
• 英文缩写
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米颗粒的特殊性质
• 1.2 纳米材料的广泛应用
• 1.2.1 纳米材料在生物医药领域的应用
• 1.2.2 纳米材料在其他领域的应用
• 1.3 纳米材料的生物安全性
• 1.3.1 环境介质中的纳米颗粒
• 1.3.2 纳米颗粒进入机体的方式
• 1.3.3 纳米材料的生物学效应概述
• 1.4 纳米二氧化硅的生物安全性
• 1.4.1 纳米二氧化硅的广泛应用
• 1.4.2 纳米二氧化硅的生物学效应概述
• 1.5 纳米材料生物效应的影响因素
• 1.5.1 纳米材料生物学效应与粒径、表面积的关系
• 1.5.2 纳米材料生物学效应的其他影响因素
• 第2章 材料和方法
• 2.1 试剂和仪器
• 2.1.1 主要试剂
• 2.1.2 主要器材
• 2.1.3 主要仪器
• 2.2 纳米二氧化硅颗粒的表征及稳定性的检测
• 2.2.1 透射电子显微镜测定纳米二氧化硅颗粒的形态及粒径分布
• 2.2.2 纳米二氧化硅颗粒在培养液中的粒度分布及团聚状态的检测
• 2.3 细胞培养
• 2.3.1 细胞株
• 2.3.2 液体配制
• 2.3.3 培养方法
• 2.4 细胞形态学观察
• 2.4.1 倒置生物显微镜观察细胞形态学改变
• 2.4.2 HE染色法观察细胞形态改变
• 2.5 细胞存活率的检测
• 2.5.1 CCK-8 试剂盒检测二氧化硅颗粒对细胞增殖的影响
• 2.5.2 MTT比色法检测二氧化硅颗粒对细胞增殖的影响
• 2.6 细胞膜完整性的检测
• 2.7 细胞内ROS的检测
• 2.7.1 荧光显微镜检测细胞内ROS的变化
• 2.7.2 流式细胞仪检测细胞内ROS的变化
• 2.8 细胞内DNA损伤的检测.
• 2.9 细胞周期的检测
• 2.10 细胞凋亡的检测
• 2.10.1 丫啶橙/溴化乙啶（AO/EB）染色法检测细胞凋亡
• 2.10.2 流式细胞仪检测细胞凋亡
• 2.11 统计学方法
• 第3章 实验结果
• 3.1 二氧化硅颗粒的表征及稳定性
• 3.1.1 透射电子显微镜测定二氧化硅颗粒的形态及粒径分布
• 3.1.2 纳米二氧化硅颗粒在培养液中的粒度分布及聚合状态
• 3.2 不同浓度的二氧化硅颗粒对细胞增殖的影响
• 3.3 不同粒径的二氧化硅颗粒对细胞形态的影响
• 3.3.1 倒置生物显微镜观察细胞形态学改变
• 3.3.2 HE染色法观察细胞形态学改变
• 3.4 不同粒径的二氧化硅颗粒对细胞增殖的影响
• 3.5 不同粒径的二氧化硅颗粒对细胞膜完整性的影响
• 3.6 不同粒径的二氧化硅颗粒对细胞的氧化损伤作用
• 3.6.1 荧光显微镜检测细胞内ROS的变化
• 3.6.2 流式细胞仪检测细胞内ROS的变化
• 3.7 不同粒径的二氧化硅颗粒对细胞内DNA的损伤作用
• 3.8 不同粒径的二氧化硅颗粒对细胞周期的影响
• 3.9 不同粒径的二氧化硅颗粒对细胞凋亡的影响
• 3.9.1 丫啶橙/溴化乙啶（AO /EB）染色法检测细胞凋亡
• 3.9.2 流式细胞仪检测细胞凋亡
• 第4章 讨 论
• 4.1 纳米二氧化硅颗粒的表征及稳定性
• 4.2 二氧化硅颗粒剂量依赖的细胞毒性作用
• 4.3 不同粒径的二氧化硅颗粒对细胞形态的影响
• 4.4 不同粒径二氧化硅颗粒的细胞毒性作用
• 4.5 不同粒径的二氧化硅颗粒对细胞的氧化损伤作用
• 4.6 不同粒径的二氧化硅颗粒对细胞内DNA的损伤
• 4.7 不同粒径的二氧化硅颗粒对细胞周期的影响
• 4.8 不同粒径的二氧化硅颗粒对细胞凋亡的影响
• 4.9 不同粒径的二氧化硅颗粒细胞毒性作用的可能机制
• 结论
• 创新点
• 参考文献
• 致谢
• 中文摘要
• Abstract