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多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs)具有优良的物理化学性质,目前已被广泛应用于生物技术、生物医药等领域。MWCNTs在生物医学中的应用增加了其与人血管接触的机会,而目前MWCNTs对血管内皮细胞的毒性作用以及对心血管疾病发展的影响的机制尚不清楚,为确保MWCNTs在生物医学中应用的安全性,有必要评估MWCNTs的物理化学性质及其在体内的循环作用对血管系统的不良效应的影响及其作用机制。本论文的主要研究内容如下:1.两种不同长度的MWCNTs(XFM19,平均长度:884nm;XFM22,平均长度:282nm)的物理化学性质通过BET(Brunauer-Emmett-Teller)比表面积法,透射电子显微镜(transmission electron microscpe,TEM),动态光散射(dynamic light scattering,DLS)和拉曼光谱进行表征。体外模型为人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVECs)。通过对细胞毒性、氧化应激、炎症反应、内质网应激及其生物标志物的表达这一系列生物学指标的测定来探究MWCNTs对HUVECs的毒性及其机制。TEM的观察结果表明MWCNTs可内化进入HUVECs并定位在细胞核及线粒体,较长的MWCNTs(XFM19)对HUVECs有更强的细胞毒性。两种MWCNTs都显著提高细胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平和THP-1单核细胞对HUVECs的粘附,同时伴随着白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)释放的增加,内质网应激的生物标志物DDIT3经过较长的MWCNTs(XFM19)暴露后表达水平显著增加,而XBP-1s的表达和BiP蛋白水平没有显著变化。实验结果表明MWCNTs对HUVECs毒性效应具有长度依赖性可能跟氧化应激和内质网应激的激活有关。2.采用原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)和DLS分别表征牛血清蛋白(bovine serum albumin,BSA)对MWCNTs(XFM19和XFM21)的吸附情况、水合粒径和Zeta电位。实验模型为人脐静脉内皮细胞(HUVECs)。评估未修饰MWCNTs(XFM19)和羧基化MWCNTs(XFM21)经BSA预孵育(MWCNTs-BSA)对HUVECs的内化、细胞毒性、氧化应激和炎症反应的影响。AFM显示BSA在MWCNTs表面吸附,且直径增大。MWCNTs-BSA的Zeta电位降低,TEM显示MWCNTs-BSA的内化作用增强,MWCNT暴露引起细胞毒性和氧化应激以及适度的炎症反应。与MWCNTs相比,MWCNTs-BSA对HUVECs的细胞毒性较小,HUVECs经MWCNTs-BSA诱导的IL-6和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factorα,TNF-α)释放以及THP-1粘附增强。以上结果表明在评估MWCNTs在循环中的生物效应时,有必要考虑MWCNTs与血清蛋白之间的相互作用。3.采用TEM、DLS对未修饰MWCNTs(p-MWCNTs)、羟基化MWCNTs(h-MWCNTs)和羧基化MWCNTs(c-MWCNTs)的形态结构、水合粒径与Zeta电位进行表征。体外试验模型为THP-1巨噬细胞,以及包含人支气管上皮样细胞16HBE和THP-1巨噬细胞的共培养模型。对细胞毒性,氧化应激,炎症反应,脂质蓄积,内质网应激标志物,凋亡相关基因等生物学指标进行分析。结果表明三种MWCNTs可内化进入具有单层膜的囊泡中,毒性适中,能诱导氧化应激;三种MWCNT均可诱导的THP-1巨噬细胞的脂质蓄积,且能被抗氧化剂(N-Acetyl-L-cysteine,NAC)适度减弱,被内质网应激抑制剂4-苯基丁酸(4-phenylbutyric acid,4-PBA)有效减弱,而在由人支气管上皮细胞16HBE和THP-1巨噬细胞组成的共培养模型中,这种诱导作用更为温和;三种MWCNTs暴露都可提高内质网应激标志物DDIT3的mRNA水平和p-chop蛋白水平及清道夫受体(CD36,MSR1)的表达。综上所述,本研究提示MWCNTs暴露可促进THP-1巨噬细胞的脂质蓄积且可能与内质网应激的调节导致清道夫受体上调有关。