金属氧化物纳米颗粒的神经毒性研究

论文摘要

纳米材料是指至少在一维空间上粒径≤100nm的材料。随着纳米技术的迅速发展和广泛应用,越来越多的人造纳米颗粒不断进入人们生存的环境之中,使得人体和其他生物体有更多的机会暴露于纳米颗粒,而人们对于这些微小尺度颗粒安全性的了解还远远不够。目前国内外对于纳米材料的毒性研究包括其进入人体的途径、毒性表现、靶器官和毒性机理等各个方面。目前研究最为广泛的纳米颗粒的毒性机制包括引起机体炎症反应和氧化损伤两个途径,而其靶器官则涉及到人体的各个组织和器官。这些研究结果为纳米材料的安全性评价提供了大量有价值的参考依据。金属氧化物如氧化铝、四氧化三铁、二氧化钛等,在工业、电子、日化等方面有广泛的用途,当这些金属氧化物达到纳米尺寸时,可能表现出与非纳米材料不一样的特性。目前对金属氧化物纳米材料的毒性研究尚处于起步阶段,本试验中采用生理盐水和非纳米金属氧化物颗粒作为对照,研究了纳米氧化铝、四氧化三铁、二氧化钛在体外试验中对神经胶质细胞的毒性作用以及纳米氧化铝在大鼠体内的组织分布、对大鼠产生的神经毒性和肝脏毒性作用,为评价金属氧化物纳米材料对机体的潜在健康影响提供依据和参考。第一部分金属氧化物纳米颗粒的神经细胞毒性作用目的:观察纳米氧化铝、四氧化三铁、二氧化钛（P25）及非纳米氧化铝、四氧化三铁、二氧化钛颗粒的粒径大小以及对神经小胶质细胞（N9）的细胞毒性作用。方法:通过电子显微镜观察纳米氧化铝、四氧化三铁和P25的粒径及形态,通过光学显微镜观察普通氧化铝、四氧化三铁、二氧化钛颗粒的粒径及形态。体外试验使用小胶质细胞系（N9）作为靶细胞,研究金属氧化物纳米颗粒对细胞的毒性作用。使用MTT法观察细胞活力,Hoechst33258、PI、FDA染色观察细胞凋亡的发生,流式细胞术定量分析细胞凋亡的发生以及Griess试剂分析细胞上清中NO浓度;结果:纳米氧化铝、四氧化三铁、二氧化钛颗粒为规则圆形颗粒,粒径均<100nm;非纳米氧化铝、四氧化三铁、二氧化钛颗粒大小不均,粒径大于1μm,为不规则多边形;体外试验中纳米颗粒能显著降低N9细胞活力,并引起N9细胞凋亡,且凋亡的发生呈时间-、剂量-依赖方式;结论:纳米氧化铝、四氧化三铁、二氧化钛（P25）均对N9细胞的活力产生影响,并引起细胞凋亡,其对细胞的毒性作用与非纳米材料有明显不同。第二部分纳米氧化铝在大鼠体内的组织分布目的:研究纳米氧化铝颗粒在大鼠不同组织中的分布规律。方法: SD大鼠随机分为control组、nNAOs组、NAOs 1mg/kg组、NAOs 50mg/kg组,每2d腹腔注射一次,共一个月。分别在2、4、8、16、30d时间点将大鼠断头处死,剖取其肝、肺、脾、肾,海马、皮层组织,经预处理后用原子吸收光谱仪测定各个组织标本中元素铝的含量。结果:元素铝在组织中分布顺序依次为脾>肝>肺>肾>海马及皮层,且在肝和肺组织中排泄速度较快。结论:元素铝在大鼠体内主要分布在脾、肝等网状内皮细胞和吞噬细胞丰富的脏器,在中枢神经系统中出现微量的元素铝。第三部分纳米氧化铝对大鼠脑组织的毒性作用目的:探讨纳米氧化铝颗粒对大鼠中枢神经系统潜在的毒性影响;方法:将SD大鼠随机分为control组、nNAOs组、NAOs 1mg/kg组、NAOs 50mg/kg组,每2d腹腔注射一次,共60d。采用比色法测定海马、皮层组织中丙二醛（MDA）水平、总超氧化物歧化酶（T-SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活力;免疫组织化学染色观察脑组织中小胶质细胞、星型胶质细胞的活化及有关分子表达;结果:与control组相比,NAOs组海马、皮层中MDA含量显著增加,T-SOD、GSH-Px活力升高;脑组织中小胶质细胞和星型胶质细胞被激活;结论:与nNAOs相比,NAOs可引起大鼠脑组织氧化应激损伤以及炎症反应,可能对脑组织产生进一步损伤。第四部分纳米氧化铝对大鼠肝组织的毒性作用目的:研究NAOs对大鼠肝脏潜在的毒性影响;方法:将SD大鼠随机分为control组、nNAOs组、NAOs 1mg/kg组、NAOs 50mg/kg组,每2d腹腔注射一次,共60d。用荧光定量PCR法测定大鼠肝组织中凋亡基因Bax、Bcl-2 mRNA的表达,免疫组织化学方法测定肝脏有关细胞的活性,比色法分析肝组织中丙二醛（MDA）水平、总超氧化物歧化酶（T-SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活力。结果:NAOs及nNAOs均可以促进mRNAbax/bcl-2比值升高;肝脏中Kupffer细胞、星型细胞活化;肝实质细胞表达β-APP蛋白;结论: NAOs与nNAOs可促发大鼠肝细胞发生凋亡,并引起肝组织中氧化应激反应和炎症反应,纳米颗粒的作用是否具有特异性,需要进一步研究。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 缩写词
• 前言
• 第一部分 金属氧化物纳米颗粒的神经细胞毒性作用
• 前言
• 1. 材料与方法
• 2. 结果
• 3. 讨论
• 小结
• 参考文献
• 第二部分 纳米氧化铝在大鼠不同组织中的分布
• 前言
• 1. 材料与方法
• 2. 结果
• 3. 讨论
• 参考文献
• 第三部分 纳米氧化铝对大鼠脑组织的毒性作用
• 前言
• 1. 材料和方法
• 2. 结果
• 3. 讨论
• 小结
• 参考文献
• 第四部分 纳米氧化铝对大鼠肝组织的毒性作用
• 前言
• 1. 材料和方法
• 2. 结果
• 讨论
• 小结
• 参考文献
• 总结
• 纳米毒理学研究新领域－纳米神经毒性（综述）
• 参考文献
• 攻读学位期间完成论文
• 致谢