重要纳米材料对三种靶细胞的生物效应及分子作用机制

Nanomaterials have been widely used in many fields included human and environment. But its biological effects were known too little. The experimental results indicated that nanomaterials contact with the vascular endothelial cells first when they entered the human blood circulation system, and then reached the target organs such as liver, kidney, lung and bone. In addition, nanomaterials are likely to affect the immune function of body. It needs to be answered if and how nanomaterials regulation target cells. In this project, based on physicochemical properties and dispersion in cell culture medium, the biological effects and chemical regulation mechanisms of the commonly used five kinds of nanomaterials (Ag、HAP、CdSe、Fe3O4 and CNTs) on three types of target cells of vascular endothelial cells, immune cells and osteoblasts were systematically studied. The results are of great significance for elucidating the molecular mechanisms of important nanomaterials on three kinds of target cells and providing basic data for the construction of the safety evaluation methods and standards of nanomaterials in the future.

纳米材料的广泛应用使其在人类与自然环境中迅速渗透，而人们对其生物效应知之甚少。现有研究结果表明，纳米材料进入人体血液循环系统后，首先与血管内皮细胞接触，然后到达人体的肝、肾、肺和骨骼各个部位，进而有可能对机体的免疫功能产生影响。那么，纳米材料进入体内后是否以及如何调控一些重要靶细胞的功能，成为迫切需要解决的重大基础性问题。基于此，本项目围绕纳米材料生物安全性这一前沿重大科学问题，以常用的具有代表性的五种重要纳米材料纳米银、羟基磷灰石、量子点、磁性氧化铁和碳纳米管作为切入点，在对纳米材料理化性质及细胞培养介质中分散性等研究的基础上，系统研究这五种重要纳米材料对常见三种靶细胞血管内皮细胞、免疫细胞和成骨细胞的生物效应及化学调控机制，其研究成果将阐明重要纳米材料对三种靶细胞的化学调控及分子作用机制，为今后构建纳米材料安全性评价方法和标准提供基础性研究数据，具有重要意义。

纳米材料的广泛应用使其在人类与自然环境中迅速渗透，而人们对其生物效应知之甚少。纳米材料进入体内后如何调控一些重要靶细胞的功能，成为迫切需要关注的问题。本项目围绕纳米生物医学应用这一前沿重大科学问题，合成了银、锶掺杂的纳米羟基磷灰石、聚乳酸、聚乳酸/羟基磷灰石、聚乳酸/胶原、聚乳酸/胶原/羟基磷灰石、聚去甲肾上腺素修饰的聚己内酯纤维膜等纳米复合材料，在对几种材料理化性质充分表征的基础上，系统研究了几种复合材料对生命体中常见三种靶细胞成骨细胞、巨噬细胞和骨骼肌细胞的生物效应及化学调控机制。结果显示银、锶掺杂的纳米羟基磷灰石对成骨细胞和巨噬细胞无明显毒性，可以促进成骨细胞的矿化，对大肠杆菌E. Coli和金黄色葡萄球菌S. aureus有明显的抗菌作用。聚乳酸/胶原/羟基磷灰石纳米纤维支架具有良好的生物相容性和骨诱导性，能够上调成骨分化基因的表达，促进成骨细胞的增殖和分化。直径为2 μm的聚去甲肾上腺素修饰的聚己内酯纤维膜具有良好的生物相容性，能够上调细胞增殖相关基因的表达，促进骨骼肌细胞增殖，对受损肌肉具有良好的修复效果。研究结果在细胞和分子水平上揭示几种纳米材料对三种靶细胞的化学调控及分子作用机制，对设计用于骨修复的组织工程材料具有重要意义。