双荧光细胞生物传感器的构建及其在纳米材料生物有效性评估中的应用
[Abstract]:Nanomaterials are typically very thin materials with a feature size of 1-100nm, and are easily accessible to the organism by inhalation, ingestion and skin contact. The variety of nano-materials has wide application in the commercial products such as coatings, catalysts, semiconductors, cosmetics, food additives, electronic components and drug carriers. The research shows that as the opportunity of the human body to contact the nano-material is increased, the effect of the nano-material on the human can lead to a series of biological reactions. As a result, the biological safety of the nano-material is attracting more and more attention. At present, the nano-toxicology has not set up a set of independent and perfect method for evaluating the toxicity of the nano-material. and the unique particle effect of the nano-material is urgent to develop an accurate, high-efficiency, simple and convenient method for detecting the toxicity of the nano material. A double-fluorescence reporter plasmid (pAP1-MC-EGFP, pBTG2-MC-EGFP and pIL8-MC-EGFP) based on AP-1, BTG2 and IL8 was constructed. The green fluorescent protein (EGFP) and the green fluorescent protein (EGFP) were controlled by using the green fluorescent protein (EGFP) and the red-burning light protein mCherry as the reporter gene. while the inducible promoter (AP-1, BTG2, or IL8 promoter) controls the downstream red fluorescent protein mCherry expression. The constitutively expressed EGFP is used to monitor the transfection efficiency, while the inducible expression mCherry fluorescence signal is used to accurately reflect the activity of the promoter. The three double-fluorescent reporter gene plasmids are respectively transfected into mammalian cells, and corresponding cell biological sensors are established for reflecting the carcinogenic toxicity, the DNA damage and the inflammatory reaction. Through the optimization of the cell biosensor, it is successfully applied to the evaluation of the biological toxicity effect of the nano-material and the effect of the environmental factor on the biological toxicity of the nano-material, and the regulation mechanism of the gene expression in the cell under the exposure of the nano-material is primarily discussed, so as to provide important information for researching the expression of a specific gene in the cell. At the same time, the cytotoxicity and genotoxicity of the nano-titanium oxide were investigated by using the cell biosensor in combination with the traditional methods of biological toxicity detection. The main results of this paper are as follows: 1. The novel double-fluorescence reporter plasmid pAP1-MC-EGFP, pBTG2-MC-EGFP, pIL8-MC-EGFP are constructed, and the effects of cell type, culture conditions, flow analysis strategy and the like on the detection results are established. The experimental system for detecting the biological toxicity of the nano-material by the cell biosensor was optimized. and the detection sensitivity and the accuracy are remarkably improved. at the same time, compared with the experimental results obtained by the conventional biological detection method (Western Blot, RT-PCR, immunofluorescence cell chemistry), the cell biosensor detection result is good with that of the cell biosensor, and 2, flow cytometry is utilized, and the cell biosensor is successfully applied to the detection of the biological toxicity of the nano material. The results showed that the difference of gene transcription activity caused by different kinds of nano-materials was very different. in which, the carbon family nano material basically does not influence the transcriptional activity of the intracellular AP-1, and the metal and the metal oxide nano material increase the transcriptional activity of the three promoters in the cell and has a concentration dependence, and has the biological toxicity of strong carcinogenicity, DNA damage, immune inflammation reaction and the like. The cytotoxicity of metal and oxide nano-materials under different environmental factors (aging, UVA irradiation and rich acid) has also changed greatly. aging may increase the toxicity risk of the nano-silver and the nano-titanium oxide; the fa can reduce the biological toxicity of the nano-silver and the nano-titanium oxide; the effect of uva irradiation on the biological toxicity of the nano-material is related to the material species; and 4, in combination with the traditional biological toxicity detection method, The cytotoxicity and genotoxicity of the nano-titanium oxide were preliminarily detected by the cell biosensor. The results showed that 5 nm and 15 nm of titanium oxide did not detect a significant decrease in cell viability or survival rate; 15nm titanium oxide increased the transcriptional activity of the intracellular AP-1, BTG2 and IL8 genes, and could have higher toxic effects such as carcinogenicity, DNA damage, cell inflammation, etc. The 15-nm titanium oxide induced higher DNA damage, but did not lead to a gene mutation, possibly due to the timely initiation of the intracellular DNA repair mechanism, the completion of the injury repair, and the failure of the cell to cause a gene mutation.
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q78;TB383.1;X171.5
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,本文编号:2411782
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