应用Ti3C2二维纳米材料实现光控胞内钙信号的新方法

摘要

Ca2+是机体生理活动中不可缺少的离子，它不仅通过维持细胞膜两侧的生物电位参与正常的神经传导功能、肌肉伸缩与舒张功能以及神经－肌肉传导功能，而且介导了一些激素的生理作用机制。作为一种普遍存在的第二信使，Ca2+控制着各项关键细胞生理功能，其调控的失衡导致的高浓度Ca2+可能引起细胞的死亡。在细胞内Ca2+浓度的平衡是多种细胞膜钙通道蛋白共同维持的结果，其中TRPV1通道收到了广泛的关注。TRPV1通道是一种非选择性的阳离子通道蛋白，它能够对环境温度的变化快速做出响应，通过调节Ca2+的神经细胞通透性介导温度感觉。因此，通过TRPV1通道蛋白进行温度的原位控制可能实现对胞内Ca2+的浓度进行调控。本论文基于一种新型二维纳米材料Ti3C2的近红外光热效应，提出了一种光控胞内钙信号的新方法。　　目的：　　本文旨在研究如何通过优化特定细胞膜修饰Ti3C2二维纳米材料的方法，提高其靶向细胞的能力，进而通过近红外光热效应实现对神经细胞膜表面的温敏TRPV1通道的开启与关闭，精准调控胞内的钙信号。　　方法：　　（1）通过蛋白免疫印迹实验检测不同类型细胞中TRPV1蛋白的含量；　　（2）应用超速离心的方法分离不同类型的细胞膜并对Ti3C2进行表面修饰，进行蛋白质凝胶电泳和考马斯亮蓝染色；　　（3）通过多种纳米材料检测手段，对细胞膜修饰的Ti3C2二维纳米材料的成分、形貌、厚度、表面积、吸光值进行表征。　　（4）通过CCK8 细胞毒性实验检测纳米材料对细胞存活的影响；　　（5）使用Ca2+荧光指示剂（Fluo-8 AM）对细胞内Ca2+染色，通过荧光显微镜实时记录细胞内Ca2+的浓度变化；　　结果：　　（1）在四种细胞中的神经细胞ND7/23的TRPV1蛋白最高；　　（2）验证细胞膜的成功提取及对纳米材料的细胞膜修饰；　　（3）纳米材料处理的细胞中的Ca2+浓度能够被近红外光控制；　　（4）骨骼肌细胞膜修饰的纳米材料具有靶向神经细胞和低细胞毒性等优点；　　（5）骨骼肌细胞膜修饰的Ti3C2二维纳米材料通过近红外介导光热效应对胞内钙信号进行精准调控。　　结论：　　通过骨骼肌细胞膜修饰后的Ti3C2二维纳米材料对神经细胞膜表面TRPV1离子通道状态的选择性控制，实现近红外光精准调控神经细胞钙信号。

目录

声明

符号说明

第1章 绪论

1.1 Ca2+在细胞中的作用

1.1.1 Ca2+与信号传导

1.1.2 Ca2+与细胞损伤

1.1.3 Ca2+与细胞活动的偶联作用

1.1.4 Ca2+与生理疾病

1.2 细胞内Ca2+浓度调节

1.2.1 细胞外Ca2+内流途径

1.2.2 胞内钙库对Ca2+浓度的调节

1.3 TRP离子通道

1.3.1 TRPV1阳离子通道结构

1.3.2 TRPV1阳离子通道的表达

1.3.3 TRPV1阳离子通道的生理功能

1.3.4 TRPV1阳离子通道的调控

1.4二维纳米材料

1.5本文构思

第2章 材料与方法

2.1 细胞培养与传代

2.1.1 实验目的

2.1.2 实验试剂与材料

2.1.3 实验仪器

2.1.4 细胞株复苏、培养和冻存方法

2.2 Western Blot

2.2.1 实验目的

2.2.2 实验试剂与材料

2.2.3 实验仪器

2.2.4 试验方法

2.3 细胞毒性实验

2.3.1 实验目的

2.3.2 实验试剂与材料

2.3.3 实验仪器

2.3.4 实验方法

2.4 材料制备与表征检测

2.4.1 实验目的

2.4.2 实验试剂与材料

2.4.3 实验仪器

2.4.4 实验方法

2.5 细胞膜提取和Ti3C2二维纳米材料的修饰

2.5.1 实验目的

2.5.2 实验试剂与材料

2.5.3 实验仪器

2.5.4 实验方法

2.6 钙流实时荧光检测

2.6.1 实验目的

2.6.2 实验试剂与材料

2.6.3 实验仪器

2.6.4 实验方法

第3章 结果与讨论

3.1 Ti3C2的制备与表征

3.2 实验细胞系的确定

3.3 不同浓度Ti3C2二维纳米材料对ND7/23细胞的毒性

3.4 细胞膜的提取与修饰

3.5 Ti3C2二维纳米材料的光热效应调控细胞钙流

3.5.1 TRPV1通道拮抗剂

3.5.2 Ti3C2二维纳米材料介导的光控细胞内钙信号

3.5.3未修饰和肌肉细胞膜修饰Ti3C2二维纳米材料的效应比较

3.5.4不同细胞膜修饰Ti3C2二维纳米材料的效应比较

3.5.5 应用肌肉细胞膜修饰的 Ti3C2 二维纳米材料精准光控神经细胞钙信号

总结

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间所发表的学术论文目录