本文關鍵詞： 原始態(tài)人工納米材料 水環(huán)境過程 免疫毒性 納米二氧化釩 氧化石墨烯　出處：《中國科學技術大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：人工納米材料廣泛應用的同時會對環(huán)境中的生命有機體產生風險效應。目前已有很多碳納米材料及金屬和金屬氧化物納米材料(諸如納米銀、納米二氧化鈦等)的生物學效應被報道。然而,這些報道幾乎都是基于原始態(tài)的納米材料的生物學效應,極少考慮到環(huán)境暴露(尤其是當納米材料進入水環(huán)境中)對納米材料賦存狀態(tài)(物理化學性質)的影響及后續(xù)生物學效應的變化。很多研究已經表明納米材料負面(毒性)效應的產生除與其尺寸效應相關,其表面電荷等物理化學特性對其毒性也有重要影響。所以,納米材料在環(huán)境中賦存狀態(tài)的變化很可能會導致其生物學效應的某種改變。因此,關注納米材料進入環(huán)境(尤其是水環(huán)境),其賦存狀態(tài)的變化而產生的生物學效應更具有實際研究意義。 近幾年,納米材料對于免疫系統(tǒng)的毒性受到研究者越來越多的重視。免疫系統(tǒng)的職責是通過識別自我和非我,抵御外界侵染從而達到保護自己的目的。因此,納米材料對免疫細胞和免疫系統(tǒng)造成的影響可以直接表明其對于有機生命體的周身穩(wěn)態(tài)及在抵御外界入侵中的重要調控作用,而這些調控作用的起始和發(fā)展過程也將是未來研究的重要方向。 在本論文相關的研究項目中,我們圍繞上述兩方面展開了相關研究。 首先,我們研究了納米二氧化釩的在水環(huán)境中的轉化及其轉化產物對巨噬細胞的影響。 當發(fā)生相轉換的時候,納米二氧化釩(nano-vanadium dioxide簡寫為nano-VO2或nVO2)隨之產生的熱致變色及其它的物理化學特性變化使其廣泛應用于電子、光學器件,以及智能窗的研發(fā)中。之前的研究人員對于含釩元素的離子和化合物的生物學效應有很多報道,但是研究者們并不了解納米級的二氧化釩是否也有一些獨特的生物學效應。通過短期細胞暴露,我們研究了納米二氧化釩對哺乳動物細胞的毒性效應。研究發(fā)現(xiàn),納米二氧化釩在酸性的水環(huán)境中容易發(fā)生化學變化,產生更大的絮狀的聚集顆粒；這種酸性水中轉化產物會對巨噬細胞產生特異性的毒性效應；進一步的研究發(fā)現(xiàn),該納米二氧化釩的轉化產物可導致細胞中鈣流的發(fā)生及鈣離子濃度的上升及后續(xù)線粒體膜通透的產生；此外,在對細胞系的短時程暴露期間(6到12小時),我們發(fā)現(xiàn)巨噬細胞的溶酶體功能受損并發(fā)生溶酶體膜通透。上述結果顯示納米二氧化釩在酸性水中的轉化產物可通過導致溶酶體膜通透和鈣流產生從而導致巨噬細胞迅速死亡。 其次,我們開展了原始態(tài)石墨烯和其氧化衍生物氧化石墨烯對原代B細胞和漿細胞的免疫毒性研究。 由于具有大量功能基團及良好的生物相容性,氧化石墨烯具有廣泛的醫(yī)學應用前景,已有很多研究顯示,氧化石墨烯能夠誘導多種免疫細胞的激活和影響免疫系統(tǒng)的調控過程。在此,我們研究了氧化石墨烯對B細胞和體液免疫的影響,并比較石墨烯和氧化石墨烯在這方面生物學效應中的差異。我們的研究發(fā)現(xiàn),氧化石墨烯并不能對B細胞導致如同對巨噬細胞那樣的急性毒性,但是它能夠調控B細胞表型的變化,導致一些共刺激分子(諸如CD80、CD86,尤其是CD40)的上調；同時,經典的和非經典的抗原提呈分子的膜表達也受到影響；此外,在體外暴露實驗中,我們對終末分化的免疫球蛋白分泌細胞——漿細胞進行研究發(fā)現(xiàn),氧化石墨烯能導致漿細胞免疫球蛋白分泌減少并誘導更加嚴重的內質網應激產生,并提示這是由于免疫球蛋白阻滯于細胞內引起的。上述結果顯示氧化石墨烯對原代B細胞和在體液免疫中具有重要地位的漿細胞都有影響。 我們的研究結果從兩個重要角度顯示了人工納米材料的物理化學性質對其負面生物學效應的重要性。
[Abstract]:The biological effects of nano - materials ( such as nano - silver , nano - titanium dioxide , etc . ) have been reported . However , these reports are almost based on the biological effects of nano - materials such as nano - silver and nano - titanium dioxide . In recent years , the toxicity of nano - materials to the immune system has been paid more and more attention by researchers . The responsibility of the immune system is to protect themselves by recognizing self - and non - ego . Therefore , the effects of nano - materials on immune cells and immune systems can directly indicate their important role in protecting the homeostasis of the organism and resisting external invasion , and the initiation and development of these regulatory effects will also be the important direction of future research . In the research project related to this paper , we have carried out the relevant research around the above two aspects . First , we studied the transformation of vanadium dioxide in water environment and its effect on macrophages . Nano - vanadium dioxide is widely used in the research and development of electron , optical devices and intelligent windows . The results show that the transformation products of nano - vanadium dioxide in acidic water can lead to the rapid death of macrophages by causing lysosomal membrane permeability and calcium flow . Secondly , we conducted the study on the toxicity of graphene and its oxidized graphene oxide to primary B cells and plasma cells . It has been shown that graphene oxide can induce the activation of various immune cells and the regulation of immune system . Our results show the importance of the physical and chemical properties of artificial nanomaterials to their negative biological effects from two important angles .

【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1

【共引文獻】

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本文編號：1462909