纳米二氧化钛和量子点对海马突触可塑性及空间记忆的影响

摘要

随着纳米技术的不断发展以及纳米材料的不断应用，越来越多的科研人员开始关注纳米材料对人类生命健康的影响。纳米材料，由于其具有尺寸效应等独特的理化特性，使得他们能够比较容易地穿透一些生物屏障，对生物体造成潜在的负面效应。本文主要以大鼠为模型，运用在体场电位记录技术和生化技术并通过动物行为学分别研究了二氧化钛和量子点纳米材料对大鼠海马DG区突触可塑性以及对大鼠的空间学习记忆能力的影响，并初步探索了其潜在的机制。主要研究内容及结果如下：
　　 ㈠发育期纳米二氧化钛暴露对大鼠海马突触可塑性的影响。选择动物的发育期这一大脑发育的关键时期作为二氧化钛纳米颗粒暴露的时期，来研究其对子代突触可塑性的影响。实验中我们进一步选取了大脑发育前期（孕期）和发育后期（哺乳期）两个实验段，通过灌胃的方法分别给与实验动物每只每天100mg/kgBW纳米二氧化钛暴露，每阶段持续20天，待子代成熟后进行后续实验。ICP-MS检测结果表明，发育期纳米二氧化钛暴露的子代大鼠海马中的钛含量与对照组相比显著提高，哺乳期尤其显著。这说明纳米二氧化钛确实可以通透血脑屏障入脑并沉积在海马内。电生理结果显示，哺乳期纳米二氧化钛暴露后I/O曲线、PPR、LTP均受到了抑制。这说明二氧化钛暴露后降低了突出传递的效能，损伤了短时程和长时程的突触可塑性。而孕期纳米二氧化钛暴露仅损伤了PPR，I/O功能，LTP均没有显著影响。进一步的实验结果表明，哺乳期暴露纳米二氧化钛后海马组织中SOD和GSH的含量与对照组相比显著下降；同时组织中H2O2和IL-1β的含量与对照组相比显著升高。孕期纳米二氧化钛暴露的海马组织中仅IL-1β的含量有显著地升高。两组中海马组织MDA的含量与对照组相比均没有显著变化。这说明发育期纳米二氧化钛暴露可以引起海马氧化应激与炎症反应，尤其是在哺乳期。综合以上结果我们认为，发育期尤其是哺乳期纳米二氧化钛暴露可以损伤海马的突触传递以及突触可塑性。纳米二氧化钛引起的氧化应激和炎症反应是导致这一结果的两种潜在机制。详细的机制还有待进一步的研究。
　　 ㈡慢性量子点暴露对大鼠的空间学习记忆能力的影响。量子点是一种有着广泛的应用前景的纳米材料，已被应用于生物领域。在生物应用不断深入的同时，对其可能引起的生物效应的研究方兴未艾。然而到目前为止，有关长时间量子点暴露对活体动物的中枢神经系统影响的研究还很少。之前，我们的实验结果表明，慢性量子点暴露损伤了大鼠海马DG区的突触可塑性。在这基础上我们进一步通过动物行为学的方法研究了慢性量子点暴露是否能够对动物的脑功能，比如空间学习记忆能力，造成损伤。Morris 水迷宫实验可以很好地反映出动物空间学习记忆能力的变化。实验结果表明，在空间探索训练的前五天，经过慢性量子点暴露的大鼠，其找到水下目标平台所用的时间即潜伏期与对照组相比要长，而之后与对照组的差异性消失。随后进行的Probe Test实验数据也显示，经过空间探索训练后，所有组的大鼠穿越目标区域的次数和围绕目标区域所游泳的距离之间没有显著性差异。这说明慢性量子点暴露主要影响大鼠记忆的形成过程。我们随后的实验进一步发现，慢性量子点暴露引起了氧化应激并伴随着脂质过氧化，这可能是导致大鼠的空间记忆形成过程受到干扰的原因之一。我们的实验结果进一步丰富了有关量子点毒性的研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

第一章 纳米二氧化钛的生物应用及毒性效应

第二章 量子点的应用及生物效应

第三章 海马突触可塑性与学习记忆

第四章 发育期纳米二氧化钛暴露对海马突触可塑性影响

第五章 慢性量子点暴露对大鼠的空间记忆能力的影响

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

致谢