發(fā)布時間：2020-02-22 12:59

【摘要】：考察表面功能化對石墨烯衍生物生物學(xué)效應(yīng)的影響對其安全應(yīng)用具有十分重要的意義。本論文通過構(gòu)建具有不同表面性質(zhì)的石墨烯衍生物,從巨噬細(xì)胞的內(nèi)吞、活性、應(yīng)激性三方面對其體外生物學(xué)效果進(jìn)行評價。在此過程中還發(fā)現(xiàn)了聚乙二醇修飾的氧化石墨烯(nGO-PEG)誘導(dǎo)細(xì)胞因子分泌的特殊性質(zhì),從分子層面闡述了與該性質(zhì)相關(guān)的內(nèi)在機(jī)制,并聯(lián)合體內(nèi)結(jié)果進(jìn)行了完整的驗證。論文具體開展的研究工作如下：1.構(gòu)建了具有不同表面性質(zhì)的石墨烯衍生物,考察了它們對巨噬細(xì)胞活性的影響。在原始氧化石墨烯(nGO)的基礎(chǔ)上,利用物理化學(xué)修飾策略,得到表面用聚乙二醇(PEG)、聚乙烯亞胺(PEI)和牛血清白蛋白(BSA)改性的石墨烯衍生物。相對于原始的nGO, PEG和BSA的修飾在降低細(xì)胞攝取的同時也提高了它們的生物兼容性,而nGO-PEI在低濃度下易被細(xì)胞大量攝取,但隨著濃度增加,它對細(xì)胞活性的影響導(dǎo)致其內(nèi)吞量不再上升。nGO、nGO-BSA及nGO-PEI三者進(jìn)入胞內(nèi)后,影響細(xì)胞活性的機(jī)制是：通過崩解線粒體膜電位,引起胞內(nèi)活性氧的上升和細(xì)胞色素C的轉(zhuǎn)移；繼而啟動凋亡相關(guān)蛋白酶的激活,最終誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡。上述研究表明,表面改性的策略可以改變石墨烯與細(xì)胞間的作用,引發(fā)不同的生物學(xué)效應(yīng)。2.深入研究了石墨烯衍生物對巨噬細(xì)胞應(yīng)激性行為的影響,發(fā)現(xiàn)了nGO-PEG特殊的細(xì)胞激活行為。與內(nèi)吞的nGO衍生物相比,nGO-PEG在不被內(nèi)化的情況就可以刺激巨噬細(xì)胞分泌大量與細(xì)胞活化相關(guān)的細(xì)胞因子。nGO-PEG的這一特性具有如下幾個特點：只有將PEG偶聯(lián)至nGO表面后才會出現(xiàn),將二者簡單共混或添加PEG對細(xì)胞無活化作用；隨著時間的延長,作用后期細(xì)胞產(chǎn)生的負(fù)反饋效應(yīng)會減緩細(xì)胞因子的分泌,并使得nGO-PEG的二次激活作用不明顯：與材料的維度有直接關(guān)系,PEG化的二維材料(如nGO和MoS2)相對其他維度具有更強(qiáng)的促細(xì)胞因子分泌性質(zhì)；nGO-PEG與細(xì)胞膜的相互作用不僅不會破壞膜的完整性,還會使細(xì)胞膜流動性加快,促進(jìn)細(xì)胞的遷移。3.借助分子模擬、基因芯片及多基因定量策略,闡明了nGO-PEG促細(xì)胞因子分泌的機(jī)制。分子模擬數(shù)據(jù)揭示了nGO-PEG與細(xì)胞膜的兩種作用模式,即通過部分嵌插和表面摩擦的方式游走于細(xì)胞膜,并能與膜上細(xì)胞因子相關(guān)的蛋白相互作用,誘發(fā)內(nèi)部信號通路的激活�？贵w封閉和siRNA干擾實驗確認(rèn)了整合素(Integrin) (β8作為起始位點在細(xì)胞因子分泌中起到的關(guān)鍵作用。Integrin β8的上調(diào)使得黏著斑激酶(FAK)發(fā)生自磷酸化,并募集更多的黏著斑蛋白；并通過MAPK和P13K相關(guān)途徑激活核轉(zhuǎn)錄因子,最終將nGO-PEG的胞外力學(xué)信號轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的化學(xué)信號,促進(jìn)細(xì)胞因子的大量分泌。4.基于nGO-PEG的體外結(jié)果,系統(tǒng)評價了nGO-PEG腹腔注射后在體內(nèi)的生物安全性。短期毒性研究表明：腹腔內(nèi)細(xì)胞因子水平的表達(dá)存在濃度依賴性,并且細(xì)胞因子和炎性細(xì)胞量隨時間的延長呈逐漸下降趨勢：在不同濃度下,除了肝指標(biāo)ALP稍有增加,nGO-PEG對相關(guān)生化、血液學(xué)指標(biāo)及臟器無明顯影響。進(jìn)一步的長期毒性研究表明：nGO-PEG的促細(xì)胞因子分泌性質(zhì)對注射次數(shù)無依賴性,多次注射后體內(nèi)代謝及負(fù)反饋效應(yīng)導(dǎo)致細(xì)胞因子分泌及炎性細(xì)胞的募集效果較單次注射降低；長期注射nGO-PEG對肝臟和腹膜注射部位也存在一過性的影響,并且導(dǎo)致血液中炎性細(xì)胞的增加。該方面的研究也表明需要注意PEG化材料激活細(xì)胞產(chǎn)生炎癥的特殊性質(zhì),為合理設(shè)計安全高效的二維材料奠定基礎(chǔ)。
【圖文】：

邐（）逡逑Ｇｒａｐｈｅｎｅ邋Ｏｘｉｄｅ逡逑圖１．３氧化石墨巧的制備圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．３邋Ｓｙｎ化ｅｓｉｓ邋ｏｆ邋ｇｒａｐｈｅｎｅ邋ｏｘｉｄｅ邋（ＧＯ）邋ｆｒｏｍ邋ｇｒａｐｈｉ化［化］．逡逑１．２l#化石墨巧的表面改性逡逑雖然氧化后的石墨脯表面相比原始的石墨賄已經(jīng)獲得了更為豐富的表面基團(tuán)，并逡逑且能夠在水溶液中保持良好的穩(wěn)定性，，但是單純的含氧基團(tuán)己經(jīng)不能滿足日益X棾さ膩義

本文編號：2581903