近年来,小尺寸(直径小于10纳米)荧光硅纳米颗粒拥有强的荧光和较好的光稳定性,为多种生物和生物医学应用提供了可能。值得指出的是,对纳米材料系统的生物学效应和毒性研究有助于推动纳米材料的广泛应用。然而,目前我们对于小尺寸荧光硅纳米颗粒的细胞行为学认知不足,对其细胞内的内吞机制和传递及命运了解较少。因此,在本篇论文中,我们对小尺寸(直径:~4纳米)荧光硅纳米颗粒与细胞间的相互作用开展了较为系统的研究,考察了其进入细胞的途径、在细胞内的运输和定位情况及对细胞产生的毒性。具体内容如下:第一章:简要概述了纳米材料和荧光硅纳米颗粒的发展、应用及相关的生物学效应研究,并阐明本篇论文的研究依据和研究内容;第二章:对小尺寸荧光硅纳米颗粒进入细胞的机制进行了研究。首先,将荧光硅纳米颗粒与细胞进行孵育,对其不同孵育时间下的荧光强度和荧光位置进行监测。结果表明,小尺寸荧光硅纳米颗粒的细胞摄入具有浓度和时间依赖性。在与细胞孵育初期(0.5 h),荧光硅纳米颗粒会首先聚集到细胞膜上,然后随孵育时间的延长逐渐进入到细胞质中。通过能量依赖实验并结合几种特异性内吞抑制剂的使用,我们发现小尺寸荧光硅纳米颗粒进入到细胞是通过能量依赖的内吞作用,主要是网格蛋白介导的内吞作用和一部分胞膜窖介导的内吞作用。本研究阐明了小尺寸荧光硅纳米颗粒细胞摄入的动力学及机制。第三章:系统研究进入到胞内后小尺寸荧光硅纳米颗粒的定位及运输情况。对不同孵育时间下小尺寸荧光硅纳米颗粒与各种细胞器(早期内含体、晚期内含体、溶酶体、高尔基体和内质网)的共定位进行分析。实验结果表明,小尺寸荧光硅纳米颗粒在被囊泡包裹着进入到细胞之后,首先定位在早期内含体中。随着孵育时间的延长,囊泡包裹的硅纳米颗粒逐渐成熟到达晚期内含体,最终大部分定位到溶酶体中,而有一小部分则通过高尔基体被分泌到细胞外。进一步使用细胞骨架抑制剂扰乱胞内的微丝微管结构,并对荧光硅纳米颗粒的细胞定位进行分析,揭示了微管介导是小尺寸荧光硅纳米颗粒在细胞内的主要运输途径。第四章:评估小尺寸荧光硅纳米颗粒的细胞毒性。研究结果显示小尺寸荧光硅纳米颗粒处理后的细胞形态良好,没有显著的细胞死亡,胞内的ATP含量没有受到明显影响并且细胞膜保持完整。这表明了小尺寸荧光硅纳米颗粒具有良好的细胞相容性和可忽略的毒副作用。对细胞内几条促生存的信号通路一NF-κB信号通路、AKT信号通路和ERK信号通路作进一步研究。结果表明荧光硅纳米颗粒对这几条增殖相关的信号通路也没有明显影响。值得指出的是,在此条件下,我们发现尽管荧光硅纳米颗粒对细胞增殖影响不明显,但是对某些特定情况下表达的信号通路一如Hedgehog和Wnt信号通路却有一定的抑制作用。综上所述,本篇论文较为系统的研究了小尺寸荧光硅纳米颗粒的细胞行为学及体外毒性,主要包括:小尺寸荧光硅纳米颗粒的胞内摄入动力学、进入细胞的途径、在细胞中的定位和运输,以及小尺寸荧光硅纳米颗粒处理后细胞的毒性分析。上述研究结果有助于我们了解小尺寸荧光硅纳米颗粒的生物学效应,并对推动小尺寸荧光硅纳米颗粒在纳米生物医学领域的应用有一定的积极意义。