二氧化硅种类繁多、应用广泛,纳米二氧化硅因其独特的性质在生物传感器、药物载体、生物活性物质载体等生物医药领域吸引了大量研究者的目光。纳米二氧化硅是典型的肺毒物,其生物安全性阻碍了它在生物医学领域的发展。介孔二氧化硅是近年来新研制的一种新型二氧化硅材料,相比普通纳米二氧化硅来说拥有对机体的毒性效应更低、表面更易修饰、孔径更大、更易载药等特点,这使得介孔二氧化硅在生物载药研究领域颇受关注。但目前对于介孔二氧化硅的毒性研究结果并不一致,因此,本课题主要目的是以纳米二氧化硅、介孔二氧化硅为研究对象,探讨两种材料对人肺泡上皮细胞(HPAEPIC)的毒性作用,如何诱导HPAEPIC凋亡、激活内质网应激通路及其分子机制。主要实验方法:1、介孔、纳米二氧化硅表征使用透射电子显微镜对介孔、纳米二氧化硅形态和粒径大小进行测定;使用马尔文粒度分析仪检测纳米、介孔二氧化硅颗粒在细胞培养液中的粒径和ζ电位;使用全自动比表面积及孔隙度分析仪分析纳米材料比表面积与孔径。2、介孔、纳米二氧化硅对HPAEPIC毒性研究通过CCK-8实验检测不同浓度介孔、纳米二氧化硅对HPAEPIC活性的影响;使用倒置显微镜观察染毒后细胞形态学改变;使用流式细胞术检测染毒后HPAEPIC凋亡率变化;通过透射电镜观察介孔、纳米二氧化硅对HPAEPIC超微结构的影响。3、介孔、纳米二氧化硅引起细胞内质网应激机制研究通过PCR实验检测加入内质网应激通路特异性抑制剂4-PBA前后内质网应激通路相关基因BIP、CHOP的表达情况,Western Blot实验考察内质网应激通路相关蛋白BIP的表达,考察介孔、纳米二氧化硅诱导HPAEPIC凋亡的作用机制。主要研究结果:1、介孔、纳米二氧化硅表征TEM观察下纳米二氧化硅颗粒外形呈不规则球形,材料表面粗糙,粒径分布多集中于16nm;介孔二氧化硅电镜下呈规则球形,由硅内核和包围着内核的壳结构两部分组成,壳结构分布着规则的、孔径为3nm的孔道,分散均匀,无团聚现象。介孔二氧化硅的DMEM分散粒径为854.3nm,ζ电位为-22.6mV,两种材料分散在培养液DMEM中的粒径相差无几,在DMEM中检测到的ζ电位结果几乎一样。2、介孔、纳米二氧化硅对HPAEPIC毒性作用纳米二氧化硅、介孔二氧化硅引起细胞活力改变。随着染毒剂量的升高,纳米二氧化硅与介孔二氧化硅对细胞抑制作用逐渐增强,纳米二氧化硅染毒HPAEPIC 24h后IC50为125.81μg/ml,介孔二氧化硅染毒HPAEPIC 24h后IC50为5212.47μg/ml,提示HPAEPIC对纳米二氧化硅的作用更加敏感。纳米二氧化硅、介孔二氧化硅引起细胞形态学改变的具体表现为:细胞数量减少、细胞形态改变、细胞变圆变皱缩、细胞空泡增加。纳米二氧化硅、介孔二氧化均引起HPAEPIC超微结构改变。纳米二氧化硅与介孔二氧化硅皆可积聚在细胞内质网中,纳米二氧化硅可引起细胞微结构如线粒体、内质网的损伤,介孔二氧化硅对细胞微结构作用影响不如纳米二氧化硅严重。纳米二氧化硅、介孔二氧化硅诱导HPAEPIC凋亡,内质网应激通路可能参与了纳米二氧化硅、介孔二氧化硅诱导HPAEPIC凋亡反应。3、介孔、纳米二氧化硅引起细胞内质网应激的机制通过RT-qPCR检测加入内质网应激特异性抑制剂4-PBA前后,纳米二氧化硅、介孔二氧化硅染毒HPAEPIC 24h后细胞BIP、CHOP mRNA表达情况,通过Western Blot检测BIP蛋白的表达情况,BIP mRNA、CHOPmRNA被激活,BIP蛋白表达,加入内质网应激抑制剂4-PBA后,BIP mRNA、CHOPmRNA表达水平下降,提示纳米二氧化硅、介孔二氧化硅染毒HPAEPIC激活了内质网应激通路。结论:综上所述,介孔二氧化硅与纳米二氧化硅相比,对人肺泡上皮细胞的毒性作用更小,引起凋亡的程度更低,但同样可以被细胞摄取,导致细胞形态改变,凋亡率增加,诱导内质网应激通路的激活。介孔二氧化硅诱导人肺泡上皮细胞凋亡的机制可能与内质网应激通路中BIP、CHOP基因与蛋白的上调有关。本研究为充分认识和评价纳米、介孔二氧化硅的安全性以及在生物医学方面的运用提供基础毒理学资料,同时为介孔二氧化硅在生物载药方面的运用提供了科学依据。