多壁碳納米管對大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元興奮性及突觸傳遞的影響.pdf

1、碳納米管是由碳原子形成的石墨烯片層卷成的無縫圓柱型管體。按照石墨烯片的層數(shù)可以分為單壁和多壁兩種。碳納米管具有非比尋常的物理和化學特性，因此被廣泛地應用于各個領(lǐng)域。人們在工作和生活中接觸到這種納米材料的機會也越來越多，而有關(guān)其生物安全性的研究并未深入與成熟。碳納米管可以通過皮膚、呼吸道和消化道進入人體內(nèi)，目前關(guān)于其毒性研究主要集中在其對肺、肝臟、腎等器官的損害上，主要表現(xiàn)在能夠引發(fā)肺上皮巨噬細胞肉芽腫以及肺部炎癥，肝臟損傷等，已有文獻指

2、出碳納米管對哺乳動物細胞的毒性大于石英和石棉。而碳納米管也被指出會引起DNA或染色體水平上的損傷。
　　碳納米管由于其納米級別的尺寸可以順利地越過血腦屏障進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，同時它也可以通過嗅球小膠質(zhì)細胞調(diào)節(jié)繞過血腦屏障直接進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，有關(guān)其對神經(jīng)系統(tǒng)的作用研究較少且說法不一。已有的文獻指出碳納米管能夠促進神經(jīng)突起和神經(jīng)元的生長和分化，但也不乏認為其具有神經(jīng)毒性的文獻，如碳納米管增加C6大鼠膠質(zhì)瘤細胞氧化應激水平，引發(fā)細胞凋亡

3、;碳納米管抑制PC12細胞鉀通道特性等。本實驗室先前的研究證明多種納米材料，如納米銀、納米氧化銅、納米氧化鋅等，均對幼年大鼠具有一定的神經(jīng)毒性。而眾所周知，哺乳動物胎兒期和嬰幼兒期是大腦發(fā)育的關(guān)鍵時期。因此本文針對多壁碳納米管對幼鼠大腦海馬錐體神經(jīng)元的毒性作用，檢測這種納米材料是否改變了神經(jīng)元的興奮性以及其作用機制的探討，進而延伸探討多壁碳納米管對CA1區(qū)興奮性谷氨酸能突觸傳遞的影響。
　　實驗選用14-16天Wistar大鼠幼鼠

4、，制備離體海馬腦片，采用全細胞膜片鉗技術(shù)記錄不同濃度多壁碳納米管的作用下大鼠海馬CA1區(qū)錐體神經(jīng)元電生理特性的變化。實驗主要包括兩部分:(1)采用電流鉗方法檢測多壁碳納米管對神經(jīng)元興奮性的影響，即記錄誘發(fā)動作電位。探究其改變機制，即用電壓鉗法檢測多壁碳納米管對神經(jīng)元電壓門控鉀通道的影響。(2)采用電壓鉗的方法觀察多壁碳納米管對興奮性谷氨酸能突觸傳遞的影響，包括記錄自發(fā)興奮性突觸后電流(sEPSC)和微小興奮性突觸后電流(mEPSC)。進

5、而通過記錄誘發(fā)興奮性突觸后電流(eEPSC)觀察多壁碳納米管對CA3-CA1突觸通路的影響，并記錄雙脈沖比來探究其可能的突觸前機制。
　　主要實驗結(jié)果如下:
　　(1)多壁碳納米管對大鼠海馬錐體神經(jīng)元誘發(fā)動作電位的影響:多壁碳納米管增加了誘發(fā)動作電位的放電頻率和半峰寬，提示這種納米材料提高了神經(jīng)元興奮性。
　　(2)多壁碳納米管對CA1區(qū)錐體神經(jīng)元電壓門控鉀通道的影響:多壁碳納米管以濃度依賴方式降低IA和IK的幅值，且

6、具有電壓依賴性和時間依賴性。只有在高濃度(400μg/ml)的多壁碳納米管作用下，IA和IK激活曲線發(fā)生左移，以及IA失活曲線左移。對IA失活后恢復動力學無顯著變化。
　　(3)多壁碳納米管對CA1區(qū)興奮性谷氨酸能突觸傳遞的影響:多壁碳納米管顯著減小了sEPSC和mEPSC的幅值，降低了mEPSC的頻率，但是增加了sEPSC的頻率。這說明多壁碳納米管顯著影響了興奮性谷氨酸能突觸傳遞。
　　(4)多壁碳納米管對CA3-CA1神

7、經(jīng)通路興奮性谷氨酸能突觸傳遞的影響:eEPSC幅值明顯降低，而對雙脈沖比值沒有顯著影響，但是有增加的趨勢。
　　根據(jù)以上結(jié)果，我們得到以下結(jié)論:多壁碳納米管通過增加放電頻率和半峰寬提高了神經(jīng)元的興奮性。多壁碳納米管對電壓門控鉀通道有抑制作用，改變了電壓門控鉀通道激活和失活動力學特性可能是神經(jīng)元興奮性增加的原因。而以上這些變化常見于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的早期，是神經(jīng)功能障礙的發(fā)生機制之一。此外，多壁碳納米管顯著影響了谷氨酸能突觸傳遞，包括改