纳米颗粒毒性

纳米颗粒是指直径小于100纳米的有机或无机颗粒,其具有高吸附能力,高光学活性,氧化还原电位和化学反应性等特征。目前在很多领域都有良好的应用前景,但其对于活细胞的短中长期影响还知之甚少。许多研究表明,即使由惰性材料制成的纳米材料,由于其物化性质(尺寸,形状)的特异性,其仍具有一定的细胞毒性。且已经有研究表明纳米颗粒能够引起氧化应激、细胞因子释放和细胞死亡等作用。因此非常有必要了解纳米颗粒的细胞毒性。常规的纳米细胞毒评估技术较容易受到纳米材料的影响,而导致无法有效的对细胞进行评估。(图1)。

 

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图(1). 纳米颗粒会干扰传统的细胞毒性/活力测定方法。纳米颗粒的高吸附能力,高光学活性,氧化还原电位和化学反应性使得它们与传统的细胞活力测定方法(酶活检测、底物显色、荧光测定等)不相容。

然而,基于阻抗技术的xCELLigence实时细胞分析技术(RTCA)作为替代评估纳米颗粒诱导细胞毒性的无标记方案,已被证明是非常有效的。亚利桑那大学的Scott Boitano及其同事的一项研究中,使用16HBE14o(人支气管上皮细胞)细胞系评估了11种不同的无机纳米材料(Ag0, Al2O3, CeO2, Fe0, Fe2O3, HfO2, Mn2O3, SiO2, TiO2, ZnO, and ZrO2)的潜在细胞毒性。表明不同材料的毒负效应差异较大(这里仅显示四个),Mn2O3的细胞毒性最强,SiO2和Al2O3次之,而CeO2 则无明显细胞毒性(图2)。

一个重要的问题是RTCA技术获得的结果是否与传统技术获得的结果一致。如图3所示,使用MTT终点测定法测得的数据与RTCA测得的数据是相一致的。该文章和其它类似文章已经确定,RTCA方法的准确性、可重复性、人为操作少、数据采集实时、连续(无数据点的“丢失”)等特点,使xCELLigence系统成为纳米材料毒性评估的有效手段。

 

 

图2. 实时无标记细胞分析技术监测纳米颗粒诱导的细胞毒性。 在17小时的时间点(即垂直虚线处),向16HBE14o 细胞(人支气管上皮细胞)中加入不同浓度的指定的纳米颗粒,并连续监测60h。(A)CeO2纳米颗粒浓度(mg/L):0 (—), 250 (— • —), 500 (- – -),  1000 (•••);(B)Al2O3纳米颗粒浓度(mg/L):0 (—), 250 (— • —), 500 (- – -), 1000 (•••);(C)SiO2纳米颗粒浓度(mg/L):0 (—), 100 (— • —), 200 (- – -), 300 (•••), and 600 (— —);(D)Mn2O3纳米颗粒浓度(mg/L):0 (—), 10 (— • —), 20 (- – -), 50 (•••), and 100 (— —)。

 

 

图3不同细胞毒性测定方法对比:xCELLigence (•) VS MTT (○)。横坐标:纳米颗粒浓度;纵坐标:百分比(相对于未处理组的对照)。

 

主要优点

1 阻抗检测方法不受纳米颗粒的干扰。

2 连续监控确保不会丢失数据。

3 有效优化实验条件。

4.在细胞培养箱中进行非侵入性测定,可以在实验期间内的任何时间点,通过标准细胞毒活性实验进行分析。

5.轻松量化细胞毒性反应的动力特征。