两种功能化多壁碳纳米管对昆明小鼠肝脏损伤及其机制的研究

摘要

研究背景和研究目的:近年来，纳米材料已在诸多产业中得到日益广泛的应用。功能化碳纳米管，目前已被认为是生物医学领域应用前景最好的纳米材料之一。同时，随着这类材料的大量生产和应用它对人类健康和环境的危害也会备受关注。 体内外研究发现，不同化学及功能属性的碳纳米管可不同程度地影响细胞的结构与功能，有些甚至导致细胞凋亡或坏死。动物实验证实，石棉样的碳纳米管能够在小鼠肺泡内沉积，激发炎症反应进而诱发肉芽肿。经尾静脉进入体内的单壁碳纳米管可经肾脏处理后完全排出体外。但最近的研究提示，经尾静脉进入生物体内的多壁碳纳米管有80％滞留在肝脏中。由于碳纳米管自身具有产生活性氧的能力，有可能会对肝脏产生氧化损伤，其更多相关机制的研究尚在开展之中。 为研究和评价碳纳米管在生物医学领域的应用的安全性及其在动物体内存留过程中诱导产生的生物学效应，本课题选用以COOH基和NH2基修饰的两种功能化碳纳米管，经动物尾静脉注射的方式，系统地对其进行表面功能化不同修饰的多壁碳纳米管在小鼠肝脏中的病理效应及其相关机制进行了对比研究。 研究方法: 1．MWCNT-COOH和MWCNT-NH2理化性质比较 1）两种碳纳米管的水溶性比较； 2）两种碳纳米管在光镜下的分散性比较。 2．MWCNT-COOH和MWCNT-NH2对小鼠行为、体重及脏器系数的影响 1）小鼠中毒反应； 2）小鼠体重变化比较； 3）小鼠肝、脾器官重量和脏器系数比较。 3．小鼠肝脏组织病理学检查 1）大体标本观察； 2）显微镜下检查。 4．血液生化指标检测。 5．肝脏氧化损伤指标检测 1）活性氧（ROS）水平检测； 2）丙二醛（MDA）含量检测； 3）过氧化物歧化酶（SOD）活性检测。 6．透射电镜观察MWCNTs 1）电镜观察MWCNTs在肝脏内的分布； 2）电镜观察肝脏消解液中的MWCNTs。 研究结果： 1．MWCNT-COOH较MWCNT-NH2在PBS中分散性更好； 2．急性实验组、亚慢性实验组和长期实验组中，MWCNT-COOH和MWCNT-NH2对小鼠体重、肝脏重及脏器系数没有显著影响； 3．MWCNT-COOH和MWCNT-NH2主要分布在肝脏中，而在肺、脾、肾等器官中滞留的很少； 4．急性实验组不引起活性氧升高，不造成肝脏病理和功能变化； 5．亚急性实验组中，MWCNT-COOH和MWCNT-NH2能够引起肝细胞活性氧升高；脂质过氧化增加；抗氧化酶--超氧化物歧化酶（SOD）活性下降； 6．亚急性实验组中，肝细胞出现浊胀，空泡化等病理学变化。肝脏ALT和AST显著升高； 7．暴露MWCNT-COOH和MWCNT-NH23Mon后，活性氧水平、MDA含量、超氧化物歧化酶活性及病理和血生化指标与Control相比无显著性。 结论： 1．MWCNT-COOH和MWCNT-NH2两种不同表面修饰的碳纳米管在肝脏内的分布存在显著差异。MWCNT-COOH在肝脏里的滞留量较MWCNT-NH2多。 2．MWCNT-COOH和MWCNT-NH2不引起KM小鼠急性毒性反应；尾静脉注射15 d后，MWCNT-COOH和MWCNT-NH2均产生明显的毒性反应；尾静脉注射3 Mon后，MWCNT-COOH和MWCNT-NH2造成的肝脏病理和功能上的变化可以被机体修复。 3．MWCNT-NH2较MWCNT-COOH具有更强的产生活性氧的能力，对肝细胞也具有更强的损伤能力。不同的表面修饰与诱发活性氧的能力之间存在直接关系，氨基碳纳米管比羧基碳纳米管毒副作用更大。

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英文文摘

论文说明：符号说明

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第一章绪论

1.1 CNTs的概述

1.2 CNTs理化特性及应用

1.3 CNTs在生物体内的分布和代谢

1.4 CNTs的毒性研究

1.4.1 CNTs对细胞的毒性研究

1.4.2 CNTs对呼吸系统的毒性研究

1.4.3 CNTs的免疫毒性研究

1.5 CNTs的毒性作用机制

1.6肝脏的功能及损伤评价

1.7本研究的目的和意义

第二章实验材料和方法

2.1材料试剂

2.1.1实验材料

2.1.2试剂及耗材

2.1.3主要溶液及试剂配方

2.2主要仪器设备

2.3试验方法

2.3.1注射样品的准备

2.3.2 MWCNT-COOH和MWCNT—NH2分散性比较

2.3.3实验动物分组及处理

2.3.4统计分析

第三章实验结果

3.1 MWCNT—COOH和MWCNT—NH2理化性质比较

3.2 MWCNT—COOH和MWCNT-NH2对KM小鼠行为、体重及脏器系数的影响

3.3 小鼠肝脏组织病理学检查

3.4血液生化指标测定结果

3.5肝脏氧化损伤指标检测

3.6透射电镜观察MWCNTs

第四章讨论

第五章结论

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文