利用近红外长余辉纳米探针研究表面性质和血液成分的改变对纳米材料生物学行为的影响

With the development of nanotechnology, nanomaterials (NMs) are commonly used in many fields, including medical imaging, drug delivery and disease diagnoses. NMs can easily enter the blood circulation because of their small particle size. The surface properties of NMs and blood component have significant implications for the interaction between NMs and proteins and cells, the fate of NMs in vivo and toxic effects. Conventional NMs have original limitations which hinder long real-time dynamic monitoring with high signal-to-noise ratio (SNR) in vitro and in vivo. Long-persistence luminescent nanoparticles, with excellent optical properties and high SNR, will be used to study the interactions between serum proteins and different surface properties NMs, the behavior of NMs in cells and live rat with real-time monitoring. At the same time, we will investigate the effect of the blood components of hyperlipidemia on the interaction between NMs and proteins and cells in vitro. Using animal models, we will also investigate that whether the change of blood components can affect the migration and the metabolic of NMs. This study will complete explain the metabolic process of NMs from cells to animals, which can provide basic data for the application and toxic effects of NMs.

随着纳米技术的发展，纳米材料被广泛应用于医学成像、药物输送和疾病诊断等领域。由于尺寸很小，纳米材料很容易进入人体血液循环系统。纳米材料的表面性质和所处的血液环境对其与蛋白质和细胞的作用行为、体内代谢归宿及所引发的毒理效应有着重要影响。传统的纳米材料由于自身的局限，不能实现体外和体内长时间、实时动态、高灵敏度监测。本项目利用近红外长余辉纳米颗粒优秀的光学性能和高的成像灵敏度，研究不同表面性质的纳米材料与血清蛋白质的相互作用、实时动态监测纳米材料进出细胞的行为以及进入大鼠血液后的迁移代谢过程。同时，在体外研究高脂血症血液成分对纳米材料与血清蛋白质和细胞相互作用的影响，结合高脂血症动物模型，研究血液成分的改变对于纳米材料在大鼠体内迁移代谢的影响，从细胞到动物，全面系统的阐明了纳米材料的迁移代谢过程。本项目有望为纳米材料的应用及其毒理行为的研究提供基础数据。

随着纳米技术的发展，纳米材料被广泛应用于医学成像、药物输送和疾病诊断等领域。由于尺寸很小，纳米材料很容易进入人体血液循环系统。纳米材料的表面性质和所处的血液环境对其与细胞的作用行为、体内代谢归宿及所引发的毒理效应有着重要影响。传统的纳米材料由于自身的局限，很难实现体内长时间、实时动态、高灵敏度监测。本项目首先合成了性能优越的新型近红外长余辉纳米探针ZGO，并对ZGO的毒性进行了系统评价；然后研究了ZGO对血清蛋白质的吸附行为，探讨了低密度脂蛋白的加入对ZGO血清蛋白质吸附行为造成的影响；接着研究了ZGO进入细胞的动力学过程及可能的作用途径；最后建立了高脂血症的动物模型，采用长余辉发光成像技术，研究了ZGO在不同小鼠体内的迁移分布和代谢情况。实验中我们合成了ZGO纳米探针，其在近红外区具有很好的长余辉发光性质，利用这种优异的发光特性，我们探究纳米颗粒与细胞和动物的相互作用方式。毒理学研究表明，ZGO对细胞和小鼠没有明显的生物毒性，适用于的成像示踪研究。细胞研究结果显示，ZGO通过内吞作用进入细胞，低密度脂蛋白会促进细胞对ZGO的摄取，这种过程可能是通过LDL受体介导的内吞作用完成的。动物实验显示，不同表面性质的ZGO在体内迁移呈现出不同的特点，ZGO从全身分布，逐渐聚集到网状内皮RES器官（肝、脾、肺），通过循环系统逐渐排出体外。相比正常小鼠，高脂血症小鼠血液中的纳米颗粒能够更快的富集到RES器官中，而且心脏和肾脏中也有颗粒物出现，这可能与受体介导的内吞以及高脂血症小鼠血管内皮渗透性增加有关。本项目研究有望使人们更清楚的了解纳米材料在体内的迁移分布规律以及正常人群和心血管疾病人群暴露纳米材料的风险差异，为纳米材料的安全应用提供实验依据，有助于指导设计更安全、高效的纳米材料。