纳米二氧化钛细胞毒性及免疫毒性机理研究

发布时间：2017-09-13 04:27

  本文关键词：纳米二氧化钛细胞毒性及免疫毒性机理研究

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【摘要】：近几年来,纳米技术发展迅速,纳米材料已经在食品、医药、化妆品等领域得到广泛的应用,人体接触纳米材料的机会越来越多,其潜在毒性正引起科学界越来越多的关注。纳米二氧化钛(nano-TiO_2)作为一种典型的低毒纳米材料,目前许多研究人员正致力于研究分析这类纳米材料对细胞、机体等的潜在影响。然而,目前对这一类材料的细胞毒性研究依旧众说纷纭,缺乏系统性的比较和分析。而nano-TiO_2进入人体后,不仅对其接触的细胞会产生毒性,它对免疫系统的影响也是不容忽视的。因此,本文系统研究nano-TiO_2对细胞产生毒性效果及其机理研究,以及对机体免疫功能的影响。在细胞层次,本文系统性地阐述了nano-TiO_2的毒理学效应,对这类材料的细胞毒性及引起毒性的机理进行了深入探讨。其中细胞毒性研究从细胞表面和细胞内纳米材料引起的毒性来综合评价;机理研究则从细胞表面纳米材料对离子交换及胞排过程的影响出发进行了综合论述。我们模拟细胞表面上粘附的nano-TiO_2沉积膜对离子通过的影响,研究发现nano-TiO_2沉积并粘附在细胞表面,阻碍营养离子交换过程,模拟研究发现,通过沉积膜后营养离子K+,Ca2+,Na+,Mg2+和SO42-浓度显著降低。例如,长时间(48 h),高浓度(200 mg/L)四种不同形貌不同粒径nano-TiO_2形成的沉积膜,使通过的Na+浓度从2958.01mg/L分别降低为2775.72,2749.86,2757.36和2719.82 mg/L;类似地,SO42-浓度从38.83 mg/L降低为35.00,35.80,35.40和35.27 mg/L。纳米材料对离子的吸附和离子表面的水合壳结构强烈影响离子通过纳米沉积膜。胞吞进入细胞的纳米材料可以顺利从细胞内代谢出来,而不引起细胞毒性及正常细胞生理过程。阻碍离子交换和干扰胞排过程是细胞表面过量nano-TiO_2引起细胞毒性的主要原因。此外,在机体层次,本文研究了二氧化钛纳米棒(TiO_2-NRs)进入机体后对免疫系统的影响,研究其对免疫功能产生的调节作用。研究结果表明,TiO_2-NRs对主要免疫细胞显示出免疫调节作用。即使在低浓度下(10 mg/L)条件下,TiO_2-NRs显著增强免疫反应,刺激免疫细胞释放更多细胞因子。对于不同细胞因子,时间剂量效应有所不同。在主要免疫细胞中,TNF-α和IL-2比起其他细胞因子,如IL-4,IL-10和IFN-γ,具有更为显著的上调特征,而这两种细胞因子在抑制肿瘤生长方面起重要作用。高剂量(50 mg/L)TiO_2-NRs与巨噬细胞孵育12 h后,TNF-α含量为530.4 pg/m L,而空白对照组的含量为238.2 pg/m L,含量升高了2.2倍;类似地,在淋巴细胞中其含量增高了4.9倍。RT-PCR数据进一步证明了TiO_2-NRs的免疫调节功能。从我们的研究成果得出,TiO_2-NRs会触发T细胞增殖,偏向Th1型免疫反应,在BALB/c小鼠体内形成长期适应性免疫而非先天性免疫。综上,nano-TiO_2对细胞产生毒性效果主要是细胞表面过量粘附的部分引起的,且毒性是由于阻断离子交换以及干扰胞排过程引起的。这些研究结果为低毒无机纳米材料的毒性研究提供一个统一的研究标准,为后续毒性研究提供一定借鉴。此外,Nano-TiO_2对机体免疫功能的作用是通过与主要免疫细胞相互作用,释放细胞因子,从而增强机体免疫反应。研究nano-TiO_2对免疫功能产生的影响,对于其健康发展及后续生物应用具有重要意义。
【关键词】：纳米二氧化钛 细胞毒性 免疫毒性 机理
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X171.5
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 引言14-15
• 1.2 纳米二氧化钛 (Nano-TiO_2) 简介15-19
• 1.2.1 纳米二氧化钛的性质15-16
• 1.2.2 纳米二氧化钛的应用16-19
• 1.3 纳米二氧化钛的毒性研究19-24
• 1.3.1 纳米二氧化钛细胞毒性研究19-20
• 1.3.2 纳米二氧化钛细胞毒性机理研究20-22
• 1.3.3 纳米二氧化钛免疫毒性研究22-24
• 1.4 本论文的研究目的、意义和内容24-26
• 1.4.1 研究目的24
• 1.4.2 研究意义24-25
• 1.4.3 研究内容25-26
• 第二章 纳米二氧化钛的表征26-34
• 2.1 引言26
• 2.2 实验部分26-28
• 2.2.1 实验试剂26-27
• 2.2.2 实验仪器27
• 2.2.3 样品制备27-28
• 2.3 样品的表征方法28-31
• 2.3.1 样品形貌表征28-29
• 2.3.2 样品晶型表征29
• 2.3.3 样品纯度表征29-30
• 2.3.4 表面电势分析30
• 2.3.5 溶液中的粒径分析30-31
• 2.4 结果与讨论31-33
• 2.4.1 Nano-TiO_2形貌表征31-32
• 2.4.2 Nano-TiO_2晶型表征32
• 2.4.3 Nano-TiO_2物理化学性质表征32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 纳米二氧化钛细胞毒性研究34-77
• 3.1 引言34-35
• 3.2 实验部分35-47
• 3.2.1 实验材料35-36
• 3.2.2 实验设备36-37
• 3.2.3 4T1细胞的体外培养37-38
• 3.2.4 细胞的冻存与复苏38
• 3.2.5 CCK-8 法测细胞活力38-39
• 3.2.6 Annexin V/PI双染法检测细胞凋亡39-41
• 3.2.7 细胞内氧化还原水平41
• 3.2.8 细胞内钙离子浓度变化41-42
• 3.2.9 DAPI染色检测细胞膜完整性42-43
• 3.2.10 纳米材料在细胞内的定位和转移43
• 3.2.11 纳米材料沉积膜的制备及其对离子通过率的影响43-44
• 3.2.12 理论模拟计算纳米材料沉积膜对离子通过率的影响44
• 3.2.13 β-己糖苷酶检测44-45
• 3.2.14 微管免疫荧光染色45-46
• 3.2.15 胞间通讯 (Cx43) 免疫荧光染色46-47
• 3.2.16 统计学分析47
• 3.3 结果与讨论47-75
• 3.3.1 纳米材料细胞毒性研究47-56
• 3.3.2 细胞表面纳米材料引起细胞毒性机理研究探讨56-75
• 3.4 本章小结75-77
• 第四章 二氧化钛纳米棒 (TiO_2-NRs) 免疫毒性研究77-98
• 4.1 引言77-78
• 4.2 细胞实验部分78-83
• 4.2.1 实验材料78-79
• 4.2.2 实验设备79
• 4.2.3 免疫细胞 (全脾细胞、淋巴细胞和巨噬细胞) 的原代分离与培养79-81
• 4.2.4 免疫因子检测81
• 4.2.5 基因表达分析81-82
• 4.2.6 T细胞表面标记物 (CD_4~+, CD_8~+ T细胞) 流式检测82
• 4.2.7 免疫细胞毒性检测82-83
• 4.2.8 统计学分析83
• 4.3 动物实验部分83-85
• 4.3.1 实验材料83
• 4.3.2 实验设备83-84
• 4.3.3 动物分组及给药方案84-85
• 4.3.4 肿瘤抑制率85
• 4.3.5 统计学分析85
• 4.4 细胞实验结果与讨论85-93
• 4.4.1 二氧化钛纳米棒免疫毒性研究85-93
• 4.5 动物实验结果与讨论93-97
• 4.5.1 二氧化钛纳米棒抑瘤效果研究93-94
• 4.5.2 体内毒性研究94-95
• 4.5.3 抑瘤机理研究95-97
• 4.6 本章小结97-98
• 第五章 总结与展望98-100
• 参考文献100-109
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文、专利以及参与的科研项目109-111
• 致谢111

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