收藏本站
《山东大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

多壁碳纳米管的表面化学修饰调节其免疫毒性的机理研究

高宁宁  
【摘要】:碳纳米管(CNTs)是一种具有独特结构和物理化学性质的新型纳米材料,其独特的性质吸引了众多学者的研究兴趣,其中以生物医学应用为目标的探索性研究正在迅速发展成为一个新的研究领域。 多壁碳纳米管(MWCNTs)是碳纳米管的一种,其应用于医学领域必须具备很多特性,包括生物相容性、无毒、不致癌、不致畸、不致突变等。通过引入功能化基团,碳纳米管的水溶性和生物相容性得到改善,从而为其在生物医学领域的应用奠定了基础。近几年来,对碳纳米管在分子水平和细胞水平上应用的研究逐渐引起人们的关注,纳米医学也应运而生,随之而来的毒性评价和机理研究日益引起学者们的重视,免疫毒性即是其中的一个重要方面。巨噬细胞是免疫系统中的重要细胞,在免疫反应的多个阶段发挥重要作用,其主要功能是清除异物、抗原递呈、调节免疫反应和炎症反应。功能化多壁碳纳米管(f-MWCNTs)进入机体后,对巨噬细胞产生毒性并影响其生物学功能的机制研究尚不透彻,关于调控其免疫毒性的方法更是没有涉及。我们率先开展该领域的研究,并取得了一些初步的成果。 本研究以含有80种材料的f-MWCNTs库为基础,以PMA诱导的THP-1类巨噬细胞为模型,通过检测细胞活力和炎症因子,评价f-MWCNTs对巨噬细胞的细胞毒性和功能影响。结果表明,MWCNTs经不同的功能化修饰后,对巨噬细胞的毒性显著不同。从中选出毒性较小的一种MWCNT2,以目前常见的且毒性较大的羧基化碳纳米管MWCNT 1为参照,研究它们对巨噬细胞的作用机制。 多壁碳纳米管经功能化修饰后,显著降低其对巨噬细胞的毒性,表现在:相对于MWCNT 1, MWCNT 2刺激后的巨噬细胞活力明显升高,而引发的炎症相关因子(TNF-α和NO)和活性氧(ROS)降低,且不影响细胞功能。本研究中的两种多壁碳纳米管均能够被巨噬细胞摄入,且摄入量和细胞内定位均相似,所不同的是它们的倾向被不同的受体识别。MWCNT 2选择性的优势识别巨噬细胞表面的清道夫受体(Macrophage scavenger receptor, MSR)而很少被甘露糖受体(Mannose receptor, MR)所识别,而MWCNT 1对这两种受体没有显著不同的选择性差异。巨噬细胞的MR识别其配体后,引起细胞内ROS生成并激活NFκB信号通路,从而促使炎症因子生成,引发一系列炎症反应。然而,MWCNT 2选择性识别MSR,这是一种不激活NFκB信号通路、不引起炎症反应的摄入方式。 以往的研究已经证实碳纳米管能够引起哺乳动物细胞和小鼠体内的氧化损伤、NFκB信号通路活化以及前炎症因子释放。本研究的重要意义在于发现了MWCNTs作用于巨噬细胞引发NFκB信号通路活化的一种上游机制,即甘露糖受体识别MWCNTs并将其摄入,进而引发NFκB信号通路活化和一系列炎症反应。而更重要的是,我们基于该机制提出了通过表面化学修饰,改变MWCNTs与表面受体的识别模式,使其倾向于被清道夫受体所识别,进而引发不引起炎症反应的信号通路。这表明,碳纳米管的表而化学修饰可以通过被清道夫受体优势识别,进而减弱NFκB信号通路的活化程度,最终达到调控其巨噬细胞的免疫毒性的目的。 本研究进一步以BALB/c小鼠为模型评价多壁碳纳米管的功能化修饰对小鼠引起的炎症效应。通过尾静脉注射MWCNTs入小鼠体内,发现其体内分布主要集中在富含单核/巨噬细胞的肝脏、肺脏和脾脏。因此,MWCNT 1和MWCNT 2经尾静脉注射入小鼠体内后,检测其已发上述三个脏器的炎症因子,发现MWCNT 2在肝脏和肺脏中引起的炎症因子显著少于MWCNT 1,说明碳纳米管功能化修饰降低其引发的炎症因子在小鼠体内同样有效。通过肝脏、肺脏和脾脏三个器官NFκB信号通路活化情况的检测,我们进一步发现,MWCNT 2在一定程度上降低了NFκB信号通路的活化程度,从而降低其小鼠体内的炎症反应。由于条件所限,我们没有获得清道夫受体基因缺陷的小鼠作为实验模型,深入探讨MWCNT 2减弱NFκB信号通路活化的原因,是否与我们在体外研究中获得的结论一致,即倾向被清道夫受体识别引起NFκB信号通路活化减弱、炎症反应减轻。但是,MWCNTs的功能化修饰的确通过减弱其NFκB信号通路活化程度而降低其免疫毒性。 综上所述,碳纳米管可以通过特殊的功能化修饰降低其引发的炎症效应,该调控过程可通过倾向巨噬细胞清道夫受体识别及减少NFκB信号通路活化实现。基于促使多壁碳纳米管识别模式由甘露糖受体向清道夫受体识别转化、进而减弱NFκB信号通路的活化程度、最终实现免疫毒性调控的机理,用表面化学修饰实现该调控,以此获得不同免疫效应的纳米材料,有利于满足其更多领域的应用要求。本研究为碳纳米管的广泛生物医学应用提供材料改性方法的理论依据,使得纳米材料有望用于新型治疗药物的研发,并为药物载体的设计研发提出新的思路。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.1

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙延一,吴康兵,胡胜水;多壁碳纳米管-Nafion化学修饰电极在高浓度抗坏血酸和尿酸体系中选择性测定多巴胺[J];高等学校化学学报;2002年11期
2 李权龙,袁东星,林庆梅;多壁碳纳米管的纯化[J];化学学报;2003年06期
3 赵力,程锦荣 ,黄德财,袁兴红,张立波,唐瑞华;多壁碳纳米管储氢的物理吸附特性[J];化学物理学报;2004年05期
4 姚运金;张素平;颜涌捷;;气体流量对化学气相沉积法制备碳纳米管的影响[J];精细化工;2006年06期
5 李天一;李三喜;伞小广;;原位聚合法制备多壁碳纳米管/聚乙烯复合材料的研究[J];沈阳化工学院学报;2006年03期
6 赵金安;;溶液共混法制备聚苯乙烯/多壁碳纳米管复合导电材料[J];化学研究与应用;2007年02期
7 明亮;习霞;刘杰;;水中痕量铅多壁碳纳米管修饰电极测定[J];中国公共卫生;2007年04期
8 程进;邹小平;李飞;张红丹;任鹏飞;朱光;王茂发;;乙醇化学气相沉积法制备多壁碳纳米管[J];微纳电子技术;2007年Z1期
9 孙文斌;吴芳辉;;多壁碳纳米管修饰玻碳电极测定乳糖酸红霉素[J];理化检验(化学分册);2008年01期
10 李飞;邹小平;程进;任鹏飞;张红丹;王茂发;朱光;苏燚;;采用丙酮催化燃烧法制备多壁碳纳米管[J];微细加工技术;2008年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘江;陈萌;钱东金;;巯基紫精修饰的多壁碳纳米管的制备及其性质研究[A];中国化学会第十三届胶体与界面化学会议论文摘要集[C];2011年
2 王婧;李湛;李士成;吴王锁;;水溶性富勒烯对Cu(Ⅱ)在多壁碳纳米管上吸附的影响[A];甘肃省化学会第二十七届年会暨第九届甘肃省中学化学教学经验交流会论文摘要集[C];2011年
3 周涛;党智敏;;界面改性对聚合物基复合材料介电性能的影响[A];第十三届全国工程电介质学术会议论文集[C];2011年
4 赵宝辉;刘璇;刘忠文;刘昭铁;;二氧化碳膨胀醇类介质中肉桂醛选择性催化加氢[A];第八届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2011年
5 林金阳;王灵婕;郭凡;林金堂;郭太良;;喷涂法制备碳纳米管阴极阵列场发射性能研究[A];中国电子学会真空电子学分会第十八届学术年会论文集[C];2011年
6 密永娟;欧军飞;杨生荣;王金清;;聚多巴胺基复合薄膜的制备及其性能研究[A];甘肃省化学会第二十七届年会暨第九届甘肃省中学化学教学经验交流会论文摘要集[C];2011年
7 邵秀梅;马学亮;于月华;方家熊;;基于电学定标热释电探测器的红外辐射测量方法[A];第十三届全国红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集[C];2011年
8 张相依;叶丁;高建川;王凡;徐倩;王晓英;;应用酶共存固相电致化学发光传感平台特异性识别p53基因[A];中国化学会第十届全国发光分析学术研讨会论文集[C];2011年
9 曹娅玲;袁若;柴雅琴;牛欢;毛俐;刘慧静;;基于原位产生鲁米诺发光体系共反应试剂的超灵敏电致化学发光免疫传感器[A];中国化学会第十届全国发光分析学术研讨会论文集[C];2011年
10 刘慧静;袁若;柴雅琴;;基于半导体膜的电化学发光免疫传感器[A];中国化学会第十届全国发光分析学术研讨会论文集[C];2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 冯卫东;科学家发现碳纳米管薄膜新特性[N];科技日报;2008年
2 金英;纳米技术应用需要全球齐心协力[N];中国电子报;2008年
3 记者  杜华斌;加开发单壁碳纳米管生产新工艺[N];科技日报;2006年
4 宋玉春;碳纳米管走近商业化应用[N];中国化工报;2004年
5 童全生;日开发聚酰亚胺碳复合材料[N];中国化工报;2005年
6 唐茵;安全门开启迎来纳米应用新时代[N];中国化工报;2008年
7 魏飞;碳纳米管:纳米科技基础材料[N];中国化工报;2002年
8 石岩;致力新材料新工艺研究[N];科技日报;2006年
9 冯卫东;科学家首度发现石棉状碳纳米管可引发癌症[N];科技日报;2008年
10 刘冬梅;碳纳米管产业化制备能力创造国际记录[N];中国高新技术产业导报;2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 高宁宁;多壁碳纳米管的表面化学修饰调节其免疫毒性的机理研究[D];山东大学;2011年
2 闫妍;充流多壁碳纳米管的动力学特性研究[D];昆明理工大学;2008年
3 徐永红;多壁碳纳米管对人多药耐药胶质瘤细胞的生物效应[D];武汉大学;2011年
4 罗蔓;多壁碳纳米管对单核巨噬细胞的作用及基因组学的研究[D];复旦大学;2010年
5 徐玉英;多壁碳纳米管的心血管毒性研究[D];浙江大学;2011年
6 杨凯;多壁碳纳米管表面功能化对环氧树脂基复合材料制备和性能的影响[D];上海交通大学;2010年
7 陈效;多壁碳纳米管和富勒烯碳60对星形胶质细胞功能的差异性影响[D];华中科技大学;2010年
8 许军;聚苯胺/对苯二胺功能化多壁碳纳米管导电复合材料的制备、结构与性能研究[D];天津大学;2009年
9 戴晋明;载银多壁碳纳米管抗菌剂及其在纤维中的应用[D];太原理工大学;2010年
10 白预弘;功能化多壁碳纳米管对小鼠生殖毒性的研究[D];山东大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴玲娟;掺溴聚苯胺及多壁碳纳米管/掺溴聚苯胺复合材料的导电性能研究[D];华东师范大学;2010年
2 吕伟欣;氮掺杂多壁碳纳米管的合成及NO电氧化研究[D];黑龙江大学;2010年
3 唐玉琴;Eu(Ⅲ)和Cu(Ⅱ)在多壁碳纳米管上的吸附[D];兰州大学;2011年
4 范海宾;多壁碳纳米管/PET复合材料界面相容性的研究[D];太原理工大学;2011年
5 高建生;氯掺杂提高多壁碳纳米管的电导率及其导电机理研究[D];华东师范大学;2011年
6 魏强;多壁碳纳米管/纳米羟基磷灰石骨修复复合材料的研究初步[D];北京化工大学;2004年
7 赵力;多壁碳纳米管储氢的物理吸附与化学吸附特性[D];安徽大学;2003年
8 田忠;基于一维纳米材料的新型药物载体系统研究[D];上海师范大学;2010年
9 徐长玲;两种生物降解高分子/多壁碳纳米管复合材料的制备和性能研究[D];北京化工大学;2010年
10 韩立静;多壁碳纳米管薄膜的制备及其场发射性能研究[D];浙江大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026