以线虫为模型研究金属代谢异常与神经退行性疾病的关系

大量研究表明金属代谢紊乱，特别是铁和铜代谢紊乱，与神经退行性疾病密切相关，但确切的因果关系和分子机制目前还不清楚。血红素和铁硫簇是铁元素发挥功能最主要的生物形式。秀丽隐杆线虫（C. elegans）广泛被应用于神经退行性疾病的研究，同时又是少数几种天然血红素营养缺陷型真核生物之一，是研究血红素转运及调控的理想模型。同步辐射X-射线荧光是少数几种能够非破坏性地同步提供单细胞尺度内多种金属元素分布及数量信息的技术之一，已被成功用于多种生物样本微量元素的分析测定。本项目以正常和神经退行性疾病模型线虫为研究对象，利用同步辐射X-射线荧光及其联用技术，结合放射性示踪，代谢干预和分子生物学等手段，同步分析多种微量金属元素含量、分布、化学形式及代谢与神经退行性病理进程的关系和作用机制，回答金属代谢与神经退行性疾病的因果关系和分子机制等重要的科学问题，为神经退行性疾病的诊断和治疗提供进一步的实验依据。

以秀丽线虫为模型先后研究了碳纳米材料Gd@C82(OH)22和氧化石墨烯（GO）在线虫体内的分布代谢和生物效应及安全性评价。经过一系列实验表明：1、在以线虫为毒理学模型，在不同浓度剂量、长期和短期处理条件、不同生命时期处理条件以及不同培养温度条件下，Gd@C82(OH)22均表现出良好的生物兼容性和无毒（或低毒）的纳米生物效应特性。2、氧化石墨烯修饰后的衍生物GO/PP正常条件下具有良好的生物相容性，但在一定条件下可对线虫产生潜在的毒性作用，进一步探讨其可能的内在分子机制：GO/PP引起线虫氧化应激和促进电子传递。本项目的系列研究成果都为碳纳米材料Gd@C82(OH)22和GO在生物医药领域的安全应用奠定了基础。同时还将同步辐射 X-射线荧光技术与电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术相结合建立了检测线虫和小鼠体内多种微量金属元素分布及代谢信息的方法。