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多壁碳纳米管对单核巨噬细胞的作用及基因组学的研究

罗蔓  
【摘要】: 碳纳米管(Carbon nanotubes, CNTs)是一类重要的纳米材料,近年来碳纳米管的生物学效应引起了人们的极大兴趣,碳纳米管的应用非常广泛,从生物机械到生物医学,以生物学应用为目的的探索研究正在迅速增多。CNTs的巨大应用潜力使它的合成和制备规模不断地扩大,碳纳米管材料的安全性研究和评估不断地得到关注,故对于评估CNTs,特别是多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs)对于人或其他生物可能存在的危害是非常重要的。本研究选用牛磺酸修饰的多壁碳纳米管(taurine functionalized multi-walled carbon nanotubes, tau-MWCNTs),并以原始的多壁碳纳米管(pristine multi-walled carbon nanotubes, p-MWCNTs)为对照,选用小鼠的单核巨噬细胞RAW264.7细胞为模型,观察他们与单核巨噬细胞作用后细胞的功能变化,以及基因组学的变化。 目的:研究p-MWCNTs与tau-MWCNTs在体外对RAW264.7细胞的毒性作用及机制。方法:本实验研究p-MWCNTs与tau-MWCNTs作用于小鼠的单核巨噬细胞RAW264.7细胞后,观察RAW264.7细胞的功能变化,主要研究细胞活力,LDH释放率,细胞形态观察,GSH/GSSG值,TNF-a和IL-8,细胞周期,细胞凋亡与细胞内钙离子的测定。结果:P-MWCNTs可以抑制RAW264.7细胞增殖,增加细胞的LDH释放率,诱导细胞发生凋亡与氧化应激,增加细胞内的TNF-a与IL-8释放,引起细胞周期的G0/G1期阻滞,增加细胞中的钙离子浓度,而即使高浓度的tau-MWCNTs对RAW264.7细胞也没有毒性作用,另外RAW264.7细胞不能吞噬p-MWCNTs,暴露于p-MWCNTs的RAW264.7细胞发生明显的形态学变化;而tau-MWCNTs很容易进入RAW264.7细胞内,但暴露于tau-MWCNTs的RAW264.7细胞没有明显的形态学变化。结论:我们的研究提示tau-MWCNTs不影响细胞活力,它可以在生物与医学方面得到广泛的应用,它可能可以作为药物载体用于治疗肿瘤,脑血管意外,房颤等疾病,具有广泛的临床应用前景。 基因芯片技术融合了分子生物学、材料科学、微电子学、物理学、化学、信息科学和计算机科学等多个学科的高新技术,它在DNA序列测定、基因表达分析、基因组研究、基因诊断、药物研究与开发等领域得到了广泛的应用。目的:本部分实验选用Affmetrix公司的Affymetrix Mouse 430 2.0 Array基因组芯片,研究p-MWCNTs与tau-MWCNTs对RAW264.7细胞的作用机制。方法:本研究通过对差异表达基因的生物学功能予以分类,从分子水平上初步研究和探讨p-MWCNTs与tau-MWCNTs对RAW264.7细胞的作用机制,并以实时荧光定量聚合酶链反应来验证实验结果。结果:基因芯片的检测结果显示,p-MWCNTs处理RAW264.7细胞24h后,与对照组相比,RAW264.7细胞表达显著改变的基因共5738个,其中1905个基因表达上调,3833个基因表达下调;而经tau-MWCNTs处理RAW264.7细胞24h后,与对照组相比,RAW264.7细胞表达显著改变的基因共2567个,其中959个基因表达上调,1608个基因表达下调。根据Gene Ontology分类数据库中基因生物学过程的描述对差异表达基因进行功能分类,这些基因的功能涉及细胞周期、细胞凋亡、应激反应与炎症反应、细胞骨架、细胞内转运、一氧化氮代谢、DNA修复、DNA结合转录、能量代谢、离子通道和运输蛋白、细胞信号传递、及细胞受体等。结论:P-MWCNTs抑制RAW264.7细胞的生长是通过调控一些细胞周期,细胞凋亡,应激及炎症反应相关基因而起作用,这种调控作用的机制相当复杂。而tau-MWCNTs处理RAW264.7细胞后发生变化的基因数量明显减少。我们对部分细胞周期、细胞凋亡、细胞应激与炎症反应相关基因进行了分析并用实时荧光定量PCR进行了验证,证实了基因芯片结果的可靠性。


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