InP/ZnS QDs对雄性稀有鮈鲫的生殖毒性效应

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随着纳米技术的进步,量子点在医学、临床和药学,特别是在疾病诊断、成像、药物传递和治疗领域的应用价值日益凸显。和其他纳米材料一样,量子点的潜在毒性也存在一些问题,在临床使用之前必须解决这些问题。以往量子点研究主要集中在含镉量子点。Cd具有高毒性,因此含Cd量子点的应用被受限制,探索开发低毒乃至无毒的量子点成为当前研究热点。Ⅲ-Ⅴ族的磷化铟(In P)量子点相比于传统II-VI族镉基量子点(硫化镉、碲化镉等),拥有更大的激子波尔半径,光学性能更优越,并且In P成分符合欧盟ROHS标准的要求,对人体和环境的危害小,属于“绿色”量子点。但是关于In P/Zn S量子点毒性的研究还处于起步阶段,毒性研究对象和范围有限。本研究以稀有鮈鲫作为研究对象,从无毒(不含镉)In P/Zn S量子点出发,首次探讨量子点对雄性稀有鮈鲫生殖毒性的影响,并对其F1代胚胎发育情况进行观察,来评估In P/Zn S量子点的毒性。通过研究鱼类接触量子点后的生理行为变化,在一定程度上可以反映其可能会对人类造成的伤害。并为该量子点今后的利用提供相应的实验基础。本研究设置了5个实验浓度组,分别是0、100、200、400和800nmol/L,采用腹腔注射的方式对成年雄性稀有鮈鲫进行暴露,分别在暴露后的1d、4d和7d对亲本氧化应激反应、精巢组织结构、线粒体的变化和精巢ATP含量进行检测,并通过精子活力分析仪对其精子质量进行了评估,以及对精巢支持细胞屏障中主要连接蛋白(β-catenin和occludin)的m RNA表达进行测定,探讨量子点对支持细胞屏障的影响。还观察了InP/ZnS QDs在精巢和肝脏中的分布情况,然后将同批量子点处理后的成年雄性稀有鮈鲫与未经处理的健康雌鱼进行体外人工授精,获取其受精卵,对量子点暴露后其子一代胚胎发育情况进行进一步分析。InP/ZnS QDs对成年雄性稀有鮈鲫生殖毒性研究结果显示:量子点暴露引起稀有鮈鲫氧化应激。800nmol/L浓度量子点暴露于亲本1d后,在精巢检测到少量量子点分布;还观察到精巢组织结果改变,表现为精小囊之间分布散乱、生殖细胞减少、间质细胞部分区域出现空泡化以及线粒体肿胀等,并在暴露4d后,在肝脏检测到量子点。其余各处理组和时间点与对照组相比无显著性差异。对量子点处理后亲本精巢生殖相关基因进行检测,发现AR、Dmrt1和紧密连接蛋白相关基因β-catenin和occludin基因表达量上调。当量子点浓度低于400nmol/L时,对亲本精子质量未产生显著的影响。800nmol/L处理组亲本精子质量(精子活力、精子直线运动速度、前向运动精子比例和侧摆幅)和ATP含量显著降低。持续对其F1代胚胎发育情况进行检测,发现量子点暴露于亲本后,会造成F1代胚胎心率和自主运动频率降低,并且800nmol/L处理组F1代受精率显著降低。本研究结果表明InP/ZnS QDs暴露后,低于400nmol/L浓度组不会对成年稀有鮈鲫精子质量和精巢组织结构造成明显影响。当暴露于800nmol/L浓度组时,量子点可以破坏并越过支持细胞屏障进入精巢内部,造成精巢组织结构损伤。此外,还发现量子点能够通过上调Ar、Dmrt1、β-catenin和occludin的表达对来修复和缓解量子点引起的损害,维持机体的正常生长发育。对其F1代胚胎进行观察发现,量子点暴露于亲本后,其毒性效应可以通过受精作用延续到F1代,引起子一代发育异常。本文还对实验室前期有关量子点研究进行了比较讨论,InP/ZnS QDs的毒性效应要比Cu In S2/Zn S QDs、Zn Se/Zn S QDs弱,其暴露于亲本后对F1代造成的影响较小。随着越来越多、越来越优化的量子点被设计制造,尽管大量的量子点毒性被研究,但是由于生物体内环境的复杂性和量子点本身特性,导致这些研究结果不尽相同,对这些研究及时的总结尤为必要。本文通过对以往研究过的量子点毒性效应进行比较讨论,以期望为将来量子点的开发利用奠定一定基础。
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