石墨烯量子点对造血系统和神经系统安全性评价

摘要

石墨烯量子点（Graphene quantum dots，GQDs）是由碳原子组成的石墨烯家族最新成员,作为一种新型量子点的生物纳米材料,其量子限制效应和边效应可诱导自身发出荧光；利用含氧活性基团化学反应性不同,可以与多种有特定化学和生物性能的化学基团和功能分子进行共价反应,合成方法不同，粒径大小不同可产生不同的化学特性。对石墨烯量子点进行表面功能化修饰，达到超高的载药量、靶向输送和药物的可控释放的目的。
　　纳米材料已成为21世纪必不可少的热门主题，在带来无限利益与功效的同时也潜在巨大的安全隐患。由于其微小粒径在随血液循环达到治疗病灶部位的同时也可能进入多种正常的组织细胞，诱发氧化应激反应，炎症反应，甚至基因突变等，造成多组织损伤和退行性改变。
　　造血系统由造血器官和造血细胞组成，正常的造血功能对维持外周血细胞的生成、调控、破坏，维持正常的免疫功能发挥着关键作用，也是维持生命活动的基本保障。中枢神经系统是机体最重要调节系统，调控机体各器官功能活动，并作为一个协调整体适应内外环境的变化，还调控行为、学习、思维和情感等高级活动。因此观察 GQDs造血和神经系统的影响，对其在生物医药领域的广泛应用有着十分重要的临床意义。
　　本实验课题通过大鼠体内外的实验评价GQDs对其造血功能和神经系统的影响，为GQDs的临床应用提供实验参考依据。
　　方法：
　　1. GQDs溶液制备成所需实验浓度，巴氏消毒处理。
　　2.实验动物分组及方法：
　　2.1体内实验
　　30只健康雄性 SD（Sprague-Dawley）大鼠随机均分成3组(n=10)：生理盐水组, GQDs高剂量和低剂量实验组，分笼饲养。适应性喂养7d后，分别尾静脉注射GQDs水溶液，10mg/kg/d、5mg/kg/d，对照组注射等容积生理盐水，连续给药5d，间隔休息2d，共给药28d。期间观察记录实验动物体重等一般活动情况；给药28后进行旷场实验（open field test, OFT）；Morris水迷宫实验；然后取材检测血常规，肝肾功能；提取BMCs（bone marrow mononuclear cells）流式细胞仪检测细胞周期和凋亡；福尔马林液固定实验动物脑组织，HE染色技术完成组织学检查。
　　2.2体外实验
　　取 SD雄性大鼠肱骨股骨组织，离体培养 BMCs。分别在培养的BMCs中加入灭菌纯化水（对照组）、GQDs500ug/ml（高浓度组）GQDs250ug/ml（低浓度组），连续培养24h、48h、72h后，加入CCK-8试剂，酶标仪检测OD值，考察GQDs对大鼠BMCs增殖影响，ELISA检测上清液中细胞因子GM-CSF含量。
　　结果：
　　1. GQDs溶液在10mg/kg/d剂量范围内：
　　1.1实验组大鼠红细胞数和血红蛋白浓度显著增高（P<0.05），白细胞和淋巴细胞有增高的趋势。
　　1.2骨髓单个核细胞周期DNA合成前期（G1期）缩短（P<0.01），DNA合成期（S期）显著延长（P<0.01），细胞凋亡无明显影响。
　　1.3甘油三酯和低密度蛋白浓度显著降低（P<0.01）。
　　2.高、低浓度GQDs溶液体外作用大鼠骨髓单个核细胞72h后细胞明显增殖（P<0.05）。
　　3.高、低浓度GQDs溶液体外作用大鼠骨髓单个核细胞72h后细胞上清液中GM-CSF含量显著增加（P<0.01）。
　　4. GQDs溶液尾静脉注射28d后与对照组相比，GQDs实验组体重增长精神活动、行为无异常。
　　5.旷野实验与Morris水迷宫实验结果表明，与对照组相比实验组大鼠水平运动，垂直运动以及空间探索能力无显著差异。
　　6.光镜下观察实验大鼠脑组织HE染色切片，组织结构规整，形态各异，与对照组相比无明显异常。
　　结论：
　　1. GQDs可以一定程度促进SD雄性大鼠的造血功能，其作用机制与上调造血细胞中正调控因子GM-CSF；刺激骨髓单个核细胞增殖活跃（缩短DNA合成前期，延长DNA合成期）；不影响造血细胞凋亡等有关。
　　2. GQDs对SD雄性大鼠神经行为无显著影响，对脑组织无明显损伤。3.提示：10mg/kg/d的GQDs连续使用28d，可以一定程度促进造血，对神经系统无明显影响，具有良好的生物安全性。

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前言

第一部分 GQDs对大鼠造血系统的影响

1. 材料与方法

2. 实验结果

3. 讨论

4. 小结

第二部分 GQDs对大鼠神经系统的影响

1. 材料与方法

2. 实验结果

3. 讨论

4. 小结

全文总结

参考文献

文献综述: 石墨烯量子点在生物医药领域应用研究

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文