石墨烯及氧化石墨烯纳米材料生物毒性和抗菌能力的实验研究

发布时间：2016-10-13 21:49

  本文关键词：石墨烯及氧化石墨烯纳米材料生物毒性和抗菌能力的实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《第四军医大学》 2015年

石墨烯及氧化石墨烯纳米材料生物毒性和抗菌能力的实验研究

郭忠尚  

【摘要】：背景骨骼是为人体提供支撑保护的坚硬器官,由于各种外伤而极易引起缺损并伴随感染。人工骨修复材料成为需求量最大的移植物之一,种类复杂多样。然而,目前仍然没有一种材料的性能能够完全替代人骨。不断的寻找和探索优质的骨科植入材料是当今骨科研究的热点之一。理想的骨科植入材料除了具有良好的生物相容性,还应具有抗菌功能。随着骨组织工程学的发展,越来越多的新型生物材料应用在骨科修复治疗领域。石墨烯(graphene,G)和氧化石墨烯(graphene oxide,GO)作为碳的一种特殊二维结构,具有硬度大,伸展性好等特点,在医用生物医学领域中引起了极大的关注。然而石墨烯及其衍生物与生物体相互作用影响的研究还处于起始阶段,由于生物系统的多样性和复杂性,其生物安全问题仍不能得出全面的结论,有研究表明,G及其衍生物具有良好的生物相容性和抗菌作用,但对于细胞和组织仍具有一定的潜在生物学危害,并且与使用剂量密切相关。同时,对于不同浓度的G和GO的抗菌能力仍然缺乏简便有效的检测评估方法。因此我们通过实验明确G和GO的生物安全性和抗菌能力,这将有助推动相关骨科纳米材料的研发和临床应用。目的1.探讨石墨烯及氧化石墨烯纳米颗粒对骨髓间充质干细胞的生物相容性影响。2.探讨石墨烯及氧化石墨烯纳米颗粒植入动物体内后,对周围组织的影响。3.探讨石墨烯及氧化石墨烯纳米颗粒对金黄色葡萄球菌的抗菌能力。方法1.纳米石墨烯及氧化石墨烯颗粒体外生物毒性研究:采用骨髓培养法分离SD大鼠骨髓间充质干细胞(Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells,BMSCs),并采用成骨诱导、成脂诱导进行鉴定,取P2-P3 BMSCs与G和GO共培养,Alama Blue比色法检测细胞增殖能力、扫描电镜观察细胞状态改变、透射电镜观察细胞内部变化、Western Blot检测BMSCs细胞中粘附和自噬相关蛋白的表达水平。2.纳米石墨烯及氧化石墨烯颗粒体内生物毒性研究:将G和GO注入Balb/c小鼠股内侧肌袋内,7 d后取材,HE染色观察纳米材料对周围组织的影响、Western Blot检测组织中自噬相关蛋白的表达水平。3.纳米石墨烯及氧化石墨烯颗粒抗菌能力研究:使用具有生物发光能力的金黄色葡萄球菌,分别在体内、体外与各组纳米材料共培养,通过统计金黄色葡萄球菌的生物发光强度来评价G和GO的抗菌能力。结果1.成功分离、鉴定大鼠BMSCs。Alama Blue比色法结果表明,当GO浓度高于500μg/m L时对细胞产生严重的抑制作用(P0.01),G各组对细胞增殖影响较小;透射电镜结果表明,当G浓度小于50μg/m L时,细胞状态无明显改变,大于50μg/m L时,细胞受到刺激,当GO浓度大于50μg/m L时,细胞出现死亡;透射电镜结果表明,G和GO均可进入细胞内部,对细胞产生影响;Western Blot检测结果表明,GO组随浓度增高,细胞Vinculin蛋白表达下降(P0.01),而自噬相关Beclin1、ATG5、LC3B蛋白表达上调(P0.01)。2.体内实验结果表明,与空白对照组相比,GO组肌肉组织出现坏死,组织中自噬相关Beclin1、ATG5、LC3B蛋白表达上调(P0.01)。3.抗菌实验结果表明,当浓度大于100μg/m L时,GO组表现出较强的抗菌能力(P0.01),而G组抗菌能力弱。结论我们的研究表明,G和GO具有一定的细胞毒性和抑菌能力,存在剂量依赖性,相同浓度下,GO的作用强于G,这为研究石墨烯及其衍生物的安全性,和开发医用功能型石墨烯抗菌材料打下基础。

【关键词】：
【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08
【目录】：

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