纳米颗粒表面重金属离子对细胞毒性的协同效应

Nanoparticles possess a lot of special characteristics such as small size effect, quantum effect, large specific surface areas, etc. Those properties can cause toxic effect by specific physical and chemical reaction with the environment. More importantly, due to their special surface characteristics, nanoparticles can carry and accumulate other pollutants on their surfaces, which can be exposed to human body by various ways. At present, the surface parameters, which are important to the reactivity and toxicity of nanoparticles,are seldomly considered. Moreover, the synergistic effect between the nanoparticles and other pollutants are fewly reported in other groups. However, those factors have a significant influence to human health in real environment. .In our work, we put forward to studying the synergistic effects between the heavy metal ions on the surface of nanoparticles and cell toxicity. By investigating the physical, chemical and biological interaction between nanoparticles and heavy metal ion with cells, we could understand the nature of nanotoxicity, explore the surface effect on toxicity and study the synergistic effects on cells with some main environmental pollutants such as arsenic and lead. We believe that the results can not only provide the basic experimental datas for the impact of nanoparticles on human health in real environment, but the significant evidences for security applications of nanotechnology. In addition, the results can also provide the theory and experiment foundation for related departments to make standards, control the biological safety of nanomaterials and further protect the human health.

纳米颗粒具有小尺寸效应、量子效应和巨大比表面积等特性，会与环境产生特殊的物理化学作用，从而产生毒性。更重要的是，由于纳米颗粒的特殊表面特性，纳米颗粒可以在表面积聚和载带其他环境污染物，并通过各种暴露方式进入人体内。目前对于纳米颗粒表面反应活性和毒性有重要影响的重要表面参数很少被考虑，纳米颗粒与其他污染物的协同效应也少有报道，而这是影响到实际环境中人体健康的非常重要的因素。本项目提出研究纳米颗粒表面重金属离子对细胞毒性的协同效应，通过表征纳米颗粒、重金属离子与活细胞之间的物理、化学与生物相互作用，理解纳米颗粒毒性的本质，探索表面现象对毒性的作用，研究纳米颗粒与一些重要的环境污染物如砷、铅对活细胞的协同作用。研究结果将对实际环境中纳米颗粒对健康的影响提供基础数据，为纳米技术的安全应用提供重要依据。研究结果还将为有关部门制定相应的标准，控制纳米材料安全性，保护人体健康提供实验依据和理论支持。

纳米颗粒具有小尺寸效应、量子效应和巨大比表面积等特性，会与环境产生特殊的物理化学作用，从而产生毒性。更重要的是，由于纳米颗粒的特殊表面特性，纳米颗粒可以在表面积聚和载带其他环境污染物，并通过各种暴露方式进入人体内。因此本项目通过表征纳米颗粒与细胞之间的相互作用，理解纳米颗粒毒性的本质，探索表面现象对毒性的作用。我们采用磁性介孔硅纳米氧化颗粒标记神经干细胞C17.2，通过体外试验测定磁性介孔硅纳米氧化颗粒浓度和实验参数，研究神经干细胞C17.2的迁徙分布和分化的研究。通过流式细胞仪，原子发射光谱及CCK-8法等一系列检测手段，测定了细胞对纳米颗粒的吞噬量，对细胞毒性的影响，以及在细胞内的代谢等。我们发现，介孔硅包覆氧化铁纳米颗粒在体内试验中有效的完成了标记神经干细胞的体内示踪任务，因而可以作为细胞疗法中，神经干细胞的体内示踪和体内分布的标记工具进一步使用；介孔硅包覆氧化铁纳米颗粒能够更有效的将分化药剂载带并运输到细胞质内，进而诱导神经干细胞的定向分化。更重要的是，我们还对超顺磁性氧化铁造影剂所特有的介孔表面结构进一步利用，通过其载带分化因子从而促进干细胞的体外分化，通过对免疫组织化学对神经干细胞的体外分化研究进行了初步探索，确定载带分化因子的磁造影剂确实对神经干细胞的分化有一定促进作用。.此外，我们还制备了一系列不同形貌、粒度和比表面积的氧化钛、氧化硅以及碳纳米材料等，并对其生物学效应进行了初步研究，结合多种表征手段，如XRD、TEM、BET、IR等，详细研究了不同形貌、粒度和比表面积的氧化钛、氧化硅以及空心碳纳米材料与不同细胞的相互作用。结果表明，影响细胞活性的，除了材料表面的物理化学性质如比表面积、表面粗糙度以及电位、电负性等，还与其共孵育的时间、环境（酸碱性等）以及纳米粒子本身的浓度等都有很大的关系。总体而言，影响因素复杂而多样，不是一个可以单一化量化的结果。通过该课题的研究，帮助我们对纳米颗粒物性的差异所导致的对细胞毒性的影响也有了更进一步的认识和理解。.研究结果将对实际环境中纳米颗粒对健康的影响提供基础数据，为纳米技术的安全应用提供重要依据。研究结果还将为有关部门制定相应的标准，控制纳米材料安全性，保护人体健康提供实验依据和理论支持。.