碲化鎘量子點對溶菌酶，DNA以及肝細胞的毒性作用機理研究

發(fā)布時間：2020-02-19 14:20

【摘要】：近年來,納米材料(如碳納米管、金納米粒子和量子點等)被廣泛用于生物標記、細胞成像和腫瘤治療等重要的生物醫(yī)學領(lǐng)域。作為一種重要的納米材料,量子點(Quantum dots,QDs)具有很多獨特的光學和電子學性質(zhì),包括高熒光量子產(chǎn)率、窄而對稱的發(fā)射光譜和優(yōu)良的抗光性能。正是這些優(yōu)異的光物理性質(zhì)使得量子點在生物醫(yī)學等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。量子點是粒徑在2 nm到100 nm之間的半導體納米晶體,這種納米粒徑很容易進入人體的組織和細胞中。隨著量子點的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用,納米粒子對人體健康的潛在危害也引起了人們的關(guān)注。量子點的毒性受到其物理化學性質(zhì)(粒徑大小、電荷、表面涂層材料等)和環(huán)境等因素的影響。研究表明含鎘量子點可以進入體內(nèi)并在肝臟等靶器官中蓄積,所以有必要深入研究量子點的毒性效應(yīng)。我們選取三種不同粒徑的NAC-CdTe量子點為研究對象,以溶菌酶(lysozyme)為靶分子,結(jié)合量子點分子毒性效應(yīng)與機理,探究粒徑大小對量子點毒性作用的影響。同時,我們選取鯡魚精子DNA(hsDNA)和小鼠原代肝細胞為靶物質(zhì),分別從分子水平和細胞水平兩個層面上研究了 NAC-CdTe量子點引發(fā)DNA損傷的機理。研究內(nèi)容分為以下方面:第一部分:"一鍋法"用來合成NAC包被的CdTe量子點,同時控制回流時間制得粒徑不同的量子點,然后對該量子點進行純化、表征。第二部分:采用微量熱技術(shù),溶菌酶活性實驗以及多種光譜法等實驗方法,系統(tǒng)研究了 NAC-CdTe量子點對lysozyme的毒性作用與其粒徑大小的規(guī)律。多光譜實驗顯示三種粒徑的NAC-CdTe量子點均能引起lysozyme的強熒光猝滅,使溶菌酶的二級結(jié)構(gòu)和色氨酸殘基的微環(huán)境發(fā)生改變。從ITC和酶活性結(jié)果可知,NAC-CdTe量子點以疏水作用力與lysozyme自發(fā)的結(jié)合,形成的QDs-lysozyme復合物抑制了溶菌酶的活性。通過實驗證明了 NAC-CdTe量子點的毒性效應(yīng)與其粒徑大小之間存在相互關(guān)系,即NAC-CdTe量子點粒徑越大,對溶菌酶結(jié)構(gòu)和功能的影響也越大。第三部分:通過紫外-可見吸收光譜、ITC、熒光光譜、熒光壽命、鹽效應(yīng)以及圓二色譜等實驗方法和手段,探究了 NAC-CdTe量子點對hsDNA的毒性作用機制。研究表明DNA能夠引起NAC-CdTe量子點內(nèi)源熒光的動態(tài)猝滅,且DNA的濃度越大,猝滅作用越強烈。鹽效應(yīng),ITC以及圓二色譜實驗證明了 NAC-CdTe量子點通過疏水作用力與DNA發(fā)生嵌插結(jié)合。第四部分:通過CCK-8實驗、細胞凋亡測定及細胞ROS 水平測定等較系統(tǒng)的研究了 NAC-CdTe量子點的細胞毒性。(1)通過CCK-8實驗研究了 NAC-CdTe量子點的細胞毒性,并且評價了 NAC-CdTe量子點對小鼠肝細胞活力的毒性作用。實驗結(jié)果顯示,隨著NAC-CdTe量子點暴露劑量的增大,小鼠原代肝活力呈現(xiàn)明顯下降,即NAC-CdTe量子點對小鼠肝細胞的毒性存在劑量-效應(yīng)關(guān)系。(2)ROS測定實驗結(jié)果顯示,隨著NAC-CdTe量子點濃度的增大,小鼠肝細胞內(nèi)活性氧物質(zhì)ROS不斷增加,引起小鼠體內(nèi)氧化應(yīng)激效應(yīng)。(3)細胞凋亡結(jié)果表明,NAC-CdTe量子點可以誘導小鼠肝細胞凋亡。從以上細胞實驗結(jié)果,我們推斷DNA損傷可能是由于NAC-CdTe量子點誘發(fā)細胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激效應(yīng),導致活性氧ROS增加,破壞細胞內(nèi)氧化還原平衡,最終誘發(fā)了 DNA的損傷。本文從細胞以及分子兩個層面上評價和闡明了 NAC-CdTe量子點的毒性效應(yīng)及機理。通過探討量子點對溶菌酶、DNA和肝細胞的毒性作用規(guī)律,為更好地認識和評估鎘系量子點毒性提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過研究和分析量子點粒徑大小與量子點毒性的相關(guān)性,為合理利用并降低量子點的毒性影響提供了科學依據(jù)。
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