近年来,超顺磁氧化铁纳米颗粒(SPIONs)在生物医学领域,如细胞示踪、磁共振成像、药物载体及基因治疗等方面发展迅猛。纳米颗粒的有效内化是实现其癌症诊疗效果的关键,因此迫切需要深入研究纳米颗粒与细胞间的相互作用机制以实现纳米颗粒的有效内化。纳米颗粒的胞吞和胞吐影响纳米粒子胞内的有效内化、亚细胞分布、聚集状态、代谢途径和代谢产物,进而决定了纳米颗粒的功效和生物安全性,功能化纳米颗粒的胞吞和胞吐机理研究已成为当前纳米生物学的研究热点。因此,本课题选择超顺磁氧化铁纳米颗粒(SPIONs)为模式纳米材料、巨噬细胞作为模式细胞,通过细胞透射电镜、胞吐途径调控蛋白的q PCR检测以及相关胞吐途径调控蛋白的特异性干扰实验探究不同尺寸的Fe3O4纳米颗粒的胞吐途径和代谢调控机制。本课题采用有机相高温热分解法制备了三种不同尺寸的油分散性的Fe3O4纳米颗粒(对应平均内核尺寸为2nm、7nm和14nm),利用配体交换法得到不同尺寸的表面为聚乙二醇(PEG)的Fe3O4纳米颗粒,对应的平均水合直径分别为7.8nm、15.3nm和30.7nm。巨噬细胞(RAW264.7)作为模式细胞,通过等离子体电感耦合发射光谱法(ICP-AES)定量分析其胞吐过程,并采用透射电子显微镜技术、实时荧光定量检测和蛋白扰动分析等方法探究颗粒的胞吐途径以及胞吐调控机制。研究结果表明:(1)不同尺寸的Fe3O4纳米颗粒的胞吞及胞吐行为存在培养时间及纳米颗粒尺寸依赖性,SPION1、SPION2和SPION3胞吐量均随培养时间的延长而增大,且胞吐速率由快变慢,胞吐量与时间关系符合单指数增长方程;此外,油相尺寸为7nm的Fe3O4纳米颗粒SPION2的胞吐量相较于其他两尺寸较大;(2)通过研究Fe3O4纳米颗粒胞吐过程中不同时间点的细胞透射电镜结果可知,SPIONs经胞吞作用后位于高尔基体、线粒体和溶酶体等细胞器中,纳米颗粒还将引起细胞的自噬作用,形成包含有Fe3O4纳米颗粒的自噬小体;(3)Rab蛋白与细胞器特征蛋白的定量分析表明SPIONs的胞吐途径主要包括:再循环内含体途径、高尔基体途径、溶酶体途径、黑色素体途径及自噬体途径等;(4)蛋白干扰分析结果进一步验证高尔基体途径与再循环内含体途径的正确性,并通过抑制百分比计算出该分支途径所承载的纳米颗粒运输流通率。