本文選題：碳黑 + 金屬�。� 參考：《中國科學院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)》2017年博士論文

【摘要】：空氣中的顆粒物(PM,particulate matter)是空氣污染對人類健康造成威脅的主要成分。目前已有大量的研究證實了PM的毒性效應(yīng)。但是,PM造成的毒性效應(yīng)機制仍然沒有得到完善的研究。由于粒徑較小的PM在肺部的沉降和聚集速度更快,可以對人體健康產(chǎn)生更大的危害。因此目前對粒徑較小的PM 2.5對人類健康的威脅研究更為廣泛。這其中,PM 2.5與人為排放的金屬之間的相互作用以及其毒性效應(yīng)與人類健康尤為相關(guān)。PM 2.5和納米顆粒相似,具有較大的比表面積,能夠吸附空氣中的多種污染物,從而造成與同樣組分的顆粒完全不同的毒性效應(yīng)。因此,我們認為,對具有亞微米尺度的納米材料的研究是理解PM2.5毒性機制的良好途徑�？諝庵械腃Bs(碳黑,carbon blacks)主要來自燃燒源產(chǎn)生的煙灰,屬于純碳元素顆粒。CBs被視為空氣中細顆粒毒性研究的良好模型。本論文中,我們使用CBs和金屬離子作為PM 2.5的模式材料,研究了CBs的細胞毒性以及CBs和金屬離子體外和體內(nèi)的協(xié)同毒性效應(yīng)及機制,具體如下:(1)研究了不同大小(14,51和95 nm)的CBs對小鼠巨噬細胞RAW264.7細胞的細胞毒性效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn),CBs的細胞攝取以及細胞毒性呈劑量依賴性和尺寸依賴性效應(yīng)。細胞攝取了大量的CBs,誘導細胞產(chǎn)生的氧化應(yīng)激和核損傷,是CBs的細胞毒性的關(guān)鍵因素。(2)研究了CBs和不同金屬元素的聯(lián)合細胞毒性作用,發(fā)現(xiàn)CBs和金屬元素對RAW264.7細胞和BEAS-2B細胞造成了協(xié)同細胞毒性。使用同步輻射X射線成像與分析技術(shù),研究CBs和金屬元素的吸附作用和CBs-金屬復合物在細胞內(nèi)的分布。研究發(fā)現(xiàn)CBs可以吸附并載帶金屬進入細胞,造成了細胞內(nèi)金屬元素濃度的升高,引起了毒性的增強。我們對CBs-金屬復合物細胞毒性的生物學機制進行了研究,研究發(fā)現(xiàn),CBs-金屬復合物能夠造成細胞自噬-溶酶體功能障礙,是CBs和金屬協(xié)同細胞毒性的機制。(3)研究了CBs與金屬離子在動物水平的聯(lián)合呼吸毒性,發(fā)現(xiàn)CBs和金屬離子造成了顯著的協(xié)同呼吸毒性。對肺灌洗液(BAL)中的生化指標,以及血清和BAL中的炎性因子的分析結(jié)果顯示,CBs-Ni2+復合物滴注則造成了顯著的協(xié)同呼吸毒性。肺部的病理切片研究顯示CBs-Ni2+復合物滴注引起了肺部大量的炎性細胞浸潤,支氣管腫脹,支氣管壁增厚,支氣管壁和肺泡壁充血水腫,肺泡壁增增厚,水腫。ICP-OES和同步輻射X射線熒光顯微術(shù)(XRF)研究結(jié)果顯示,CBs可以載帶Ni2+進入肺部,造成肺部Ni元素含量急劇上升,同時對肺部的生命元素Ca也造成了影響。我們對CBs-金屬復合物呼吸毒性的生物學機制進行了研究,研究發(fā)現(xiàn),CBs-金屬復合物能夠造成肺部自噬-溶酶體功能障礙,是CBs和金屬協(xié)同呼吸毒性的詳細機制。(4)DNA納米結(jié)構(gòu)已經(jīng)分子傳感,分子計算,納米機器以及診斷和治療中廣泛應(yīng)用。DNA納米結(jié)構(gòu)和生命系統(tǒng)的相互作用以及他們的生物相容性是非常重要的問題,目前對DNA納米結(jié)構(gòu)的毒理學研究和理解仍然比較有限。在這一研究中,我們選擇四面體DNA納米結(jié)構(gòu)(TDNs),最實用的DNA納米結(jié)構(gòu)之一,作為DNA納米結(jié)構(gòu)的代表。我們選擇廣泛用于生物醫(yī)學研究的正常支氣管上皮細胞(BEAS-2B細胞),癌細胞(HeLa細胞)和巨噬細胞(RAW264.7細胞)作為代表性的哺乳動物細胞模型。我們觀察了TDNs與上述三種細胞系的不同攝取動態(tài),通過細胞毒性測定,蛋白質(zhì)表達測定,炎癥和細胞凋亡監(jiān)測以及細胞器功能檢測展示了TDNs優(yōu)秀的生物相容性。重要的是,我們發(fā)現(xiàn)TDN不改變細胞周期進程和細胞分裂。這一研究的發(fā)現(xiàn)將加深我們對DNA納米結(jié)構(gòu)與哺乳動物細胞的相互作用的理解,這將有助于更好地設(shè)計基于DNA納米結(jié)構(gòu)的生物探針和生物載體,以進一步應(yīng)用于生物和生物醫(yī)學領(lǐng)域。總之,在本論文中,我們研究了CBs的細胞毒性以及CBs與金屬離子在細胞水平和動物水平的聯(lián)合毒性效應(yīng)。結(jié)果顯示,CBs具有顯著的尺寸依賴性細胞毒性。我們發(fā)現(xiàn),CBs可以載帶金屬離子進入細胞和肺組織,引起顯著的協(xié)同毒性效應(yīng)。并且揭示了CBs和金屬離子協(xié)同毒性的機制:自噬-溶酶體功能障礙。我們的結(jié)果為理解空氣顆粒物的毒性以及對人類健康的影響提供了新的理解和資料。最后,我們對一種新型的DNA納米結(jié)構(gòu),DNA四面體進行了細胞安全性評估,證明了DNA四面體的良好的細胞安全性,加深我們對DNA納米結(jié)構(gòu)與哺乳動物細胞的相互作用的理解,這將有助于更好地設(shè)計基于DNA納米結(jié)構(gòu)的生物探針和生物載體,以進一步應(yīng)用于生物和生物醫(yī)學領(lǐng)域。
[Abstract]:In this paper , we have studied the cytotoxicity of PM 2.5 and metal ions on RAW264.7 cells . In this paper , we have studied the biological mechanism of DNA nanostructure and mammalian cell . The results of this study show that the interaction between DNA nanostructures and life systems and their biocompatibility are very important . We have found that the interaction between DNA nanostructures and life systems and their biocompatibility are very important .
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X513

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本文編號：1980482