纳米材料对神经系统发育和神经认知的影响及其机制研究

With the rapid development of nanotechnology, nano-materials have been widely used. The impact of new application areas and safety aspects of this new material could bring increasingly recognized and valued. A lot of previous work in our group has shown that the nervous system could be affected by nanomaterials. The results confirmed that nanomaterials can affect the function of neuron through ion channels on the cell surface and intracellular signaling pathways; nanomaterials can affect the nervous system plasticity and change the ability of behavior. On the basis of a lot of previous work, our project will explore the effects of nanomaterials on the development of the nervous system and animal behavior. Patch clamp, immunofluorescence, gene chips, behavioral tests and other technologies will be used in the project. IncRNA as the starting point evaluates the relationship between the process of autophagy activity and the development of nervous system. The results will be baluable to understand particular biological properties of nanomaterials, provide research data for a widely application of nanomaterials. The results of this research project have important significance to explore the the basic theory of neural development and establish safety assessment of nanomaterials, which will facilitate the wider use of nanomaterials on nerve field.

随着纳米科技的迅猛发展，纳米材料已广泛应用。这种新材料带来的新的应用领域和安全性方面的影响及其相关研究日渐被认可和重视。本实验室前期的大量工作已经表明纳米材料与神经系统关系密切。结果证实纳米材料通过细胞表面离子通道和细胞内信号途径影响神经细胞功能，并影响神经系统可塑性，改变实验动物的认知行为能力。在大量前期工作的基础上，本项目将着重探讨纳米材料对神经系统发育、神经认知及行为学的影响，应用膜片钳、免疫荧光、基因芯片、行为学检测等技术和方法，并以lncRNA为切入点评价此过程中的细胞自噬活动及与神经系统发育的关系，研究结果有助于深入理解纳米材料特殊的生物学性质，为纳米材料的更加广泛应用提供有价值的研究数据。本项目的研究结果对神经发育基础理论的探讨和纳米材料安全性评价方法的建立均有重要意义，有利于纳米材料在医学诊疗领域，特别是与神经发育及相关疾病方面的更广泛的应用。

本实验室前期大量有关纳米材料通过细胞表面离子通道和细胞内信号途径影响神经细胞功能，并影响神经系统可塑性，改变实验动物的认知行为能力的工作已经表明纳米材料与神经系统关系密切。本项目着重探讨纳米材料与自噬的关系，特别对神经系统发育及神经行为学的影响。我们的研究首次证实了经颅磁声刺激（TMAS）技术（基于静态磁场中聚焦超声刺激的技术）对MPTP诱导的帕金森病（PD）小鼠模型通过突触后调节和BDNF介导改善了其海马神经元的突触可塑性；我们通过体外和体内实验研究自噬与人脐带MSCs (huMSCs)的功能的关系，发现调节自噬可以影响huMSCs细胞的迁移和神经分化。是huMSCs改善APP/PS1转基因小鼠模型空间工作记忆所必须的；对于母婴分离(ms)导致长大成年的大鼠行为异常, 如抑郁和焦虑样的行为，我们探讨了其机制特别是 ms和自噬之间的关系, 我们的研究提出ms在海马和前额叶皮质中诱导了不同的自噬反应，并可能与NR2B信号通路相关；血管性痴呆（VD）是老年痴呆症后空间学习和记忆能力下降的最常见原因。自噬激活可以激活缺氧/缺血性细胞损伤中的潜在保护作用。我们利用VD大鼠模型发现精氨酸加压素（AVP）对认知障碍的预防和治疗作用部分是通过V1a受体完成的，其机制是增强了自噬从而降低氧化应激，兴奋性毒性和后续的神经元死亡；鉴于多壁碳纳米管（MWCNTs）在诸多领域，尤其在生物医学领域具有潜在的应用价值。我们在在体水平研究了MWCNTs 所导致的神经毒性。结果发现MWCNTs 对大鼠海马突触可塑性和空间认知损伤，可能与提高海马区自噬信号通路的表达有关。上述研究结果有助于深入理解纳米材料特殊的生物学性质，为纳米材料的更加广泛应用提供有价值的研究数据，并对神经发育基础理论的探讨和纳米材料安全性评价方法的建立均有重要意义，特别是与神经发育及相关疾病方面的更广泛的应用。