磷灰石纳米微粒介导的海藻糖细胞内递送对冷冻细胞存活率的影响

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研究背景组织细胞的低温保存是维持细胞活力和细胞功能的重要方法。然而,常规细胞冷冻保存方法的细胞活力和功能不太理想,这可能导致细胞在冷冻保存中凋亡和坏死。海藻糖在维持细胞结构和保护细胞免受压力方面发挥作用。然而,由于海藻糖难以通过细胞膜转运,其抗冻效果受到限制。近年来,人们已经探索了许多种将海藻糖引入哺乳动物细胞的方法。其中磷灰石纳米微粒(Nanoparticles,NP)是一种理想的介导材料,其对细胞活性和功能影响不大,并且可以向细胞提供足够数量的海藻糖。目的(1)磷灰石NP的生物学评估,其中包括基于磷灰石NP的细胞毒性评价、磷灰石NP联合海藻糖对细胞活力的影响。(2)磷灰石NP介导海藻糖进入细胞的过程以及海藻糖进入组织细胞的数量和加载效率。(3)冷冻保存后细胞内海藻糖对细胞活力和细胞功能的影响。方法和结果(1)研究使用人主动脉血管平滑肌细胞(Human aortic vascular smooth muscle cells,HA-VSMC)和人冠状动脉内皮细胞(Human coronary artery endothelial cells,HCAEC)作为实验材料,通过CCK-8测试评估了磷灰石NP对于两种细胞的细胞毒性。测试培养基中的五种不同浓度的磷灰石NP:0,0.5,1,2,4和10 mg/mL的细胞活力以及磷灰石NP与细胞之间不同接触时间(1至7天)的细胞活力。结果显示,对于培养基中磷灰石NP浓度在0和1 mg/mL之间,细胞存活率接近100%。在相同的孵育时间内,随着磷灰石NP浓度的增加,细胞活力呈下降趋势,结果表明细胞活性呈显著的浓度依赖性。因此在本文的实验中,磷灰石NP其最佳浓度为1 mg/ml。(2)通过荧光染料羧基荧光素二醋酸盐琥珀酰亚胺酯(Carboxyfluorescein succinimidyl amino ester,CFSE)和碘化丙啶(Propidium iodide,PI)来还原磷灰石NP介导海藻糖进入细胞的过程,以及我们使用海藻糖(0-200 mM)和磷灰石NP(1 mg/mL)的培养基处理细胞6小时来计算海藻糖的加载效率,结果显示,NP+PI组在1小时或6小时内显示出显着的红色荧光。细胞内海藻糖浓度大于细胞外海藻糖浓度(高达237±8.5 mM),海藻糖在磷灰石NP的帮助下有效地在细胞内递送,负载效率高达(137.3±34.5)%。(3)通过荧光显微镜成像技术和流式细胞技术来反应冻存细胞后的细胞活力,使用细胞增殖-毒性检测试剂盒(Cell Counting Kit-8,CCK-8)测量冻存细胞的细胞功能。结果显示,在培养基中添加磷灰石NP会显着增加HA-VSMC的冷冻存活率,高达83.6%(与不含磷灰石NP的对照相比改善了30%),其冻存水平与传统的二甲基亚砜(Dimethyl sulfoxide,DMSO)冷冻保存方案相当。在检测冻存后细胞功能方面,NP+Tre组的冷冻保存附着效率较高(69.6±2.9)%,结果令人满意。结论(1)磷灰石NP具有较高生物相容性和低细胞毒性,适合用作介导海藻糖进入组织细胞的媒介。(2)磷灰石NP在较短的时间内可以介导足够量的海藻糖进入组织细胞。(3)磷灰石NP介导海藻糖的细胞内递可以增加冷冻保存细胞的存活率。该方法提供了用于增强冷冻保存的组织细胞活性的新选择。
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