納米二氧化鈦對Wistar大鼠突觸可塑性的影響及其機制的研究.pdf

1、納米技術(shù)指的是將普通尺度的材料用特殊的工藝加工制作而成，使其具有納米尺度并表現(xiàn)出許多不同的特性。由此加工而成粒徑小于100 nm的材料被人們稱為納米材料。由于納米材料具有小尺寸效應、大的比表面積、光催化等特性，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應用多個領域，例如醫(yī)學、藥物載體、農(nóng)業(yè)以及工業(yè)生產(chǎn)等等。
　　 納米二氧化鈦(Nanosized titanium dioxide，nano-TiO2)作為最常用的納米材料之一，在工業(yè)中被大量制作并應用于印刷

2、業(yè)、造紙業(yè)、食物添加劑以及顏料、化妝品等產(chǎn)業(yè)。雖然納米二氧化鈦已被廣泛應用，但是關(guān)于納米二氧化鈦對人體健康以及周圍環(huán)境的影響，目前仍不十分清楚。納米二氧化鈦可以通過多種途徑進入人體，例如通過呼吸道吸入、經(jīng)由消化道攝入、通過皮膚直接滲入以及通過注射的方式進入到血液循環(huán)系統(tǒng)等等。這樣納米二氧化鈦極有可能到達人體的各個器官，對人體健康產(chǎn)生影響。研究發(fā)現(xiàn)，由于具有納米尺度及特殊的理化性質(zhì)，納米材料可以穿透血腦屏障進入大腦，因此關(guān)于納米二氧化鈦對

3、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響的研究至關(guān)重要。本研究從整體水平、細胞水平以及離子通道水平研究了納米二氧化鈦對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響，并對其作用的可能機制進行了初步探討。
　　 第一部分納米二氧化鈦對Wistar大鼠空間認知能力的影響
　　 目的：觀察納米二氧化鈦對Wistar大鼠空間認知能力的影響，并對其可能機制進行探討。
　　 材料與方法：大鼠隨機分成三組：正常對照組、5 mg/kg納米二氧化鈦組以及50 mg/kg納米二氧化

4、鈦組。采用腹腔注射的方式給予大鼠納米二氧化鈦懸濁液，每天一次，連續(xù)給予21天。之后，利用Morris水迷宮實驗檢測了納米二氧化鈦對大鼠空間認知功能的影響，利用電生理實驗記錄大鼠海馬Schaffer側(cè)枝至CA1區(qū)的長時程增強效應(long-term potentiation，LTP)。利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS)檢測腹腔注射納米二氧化鈦

5、后大鼠海馬區(qū)Ti元素的含量變化，同時用ELISA方法檢測納米二氧化鈦對海馬腦區(qū)超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)活性的影響及丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量的改變。
　　 結(jié)果：
　　 1、ICP-MS檢測發(fā)現(xiàn)，給予大鼠腹腔注射納米二氧化鈦后，隨著納米二化鈦濃度的增高，大鼠海馬區(qū)的Ti元素

6、含量逐漸增高，與正常組相比具有統(tǒng)計學差異。
　　 2、Morris水迷宮實驗：在空間探索階段，與正常對照組及5 mg/kg納米二氧化鈦組相比，50 mg/kg納米二氧化鈦組大鼠的逃避潛伏期明顯增加，在定位巡航階段，50 mg/kg納米二氧化鈦組大鼠在目標象限游泳時間及穿越平臺的次數(shù)顯著減少，正常組與5 mg/kg納米二氧化鈦組大鼠沒有統(tǒng)計學差異。
　　 3、LTP實驗：與正常對照組及5 mg/kg納米二氧化鈦組相比，50

7、 mg/kg納米二氧化鈦組大鼠興奮性突觸后電位的斜率顯著降低(P<0.05)，而前兩者沒有統(tǒng)計學差異。
　　 4、ELISA實驗：50 mg/kg納米二氧化鈦組及5 mg/kg納米二氧化鈦組大鼠海馬區(qū)的SOD、GSH-Px活性均顯著下降，而MDA含量均顯著增高，與正常組相比，具有統(tǒng)計學差異。
　　 結(jié)論：
　　 通過本部分實驗可知，納米二氧化鈦可以通過血腦屏障，并在大鼠海馬腦區(qū)沉積。同時納米二氧化鈦可以降低大鼠海

8、馬Schaffer側(cè)枝至CA1區(qū)的LTP水平，引起大鼠空間認知功能受到損害，而這可能與納米二氧化鈦引起神經(jīng)元發(fā)生氧化應激損傷有關(guān)。
　　 第二部分納米二氧化鈦對PC12細胞的損傷作用
　　 目的：利用PC12細胞作為神經(jīng)元模型，觀察納米二氧化鈦對神經(jīng)元細胞的損傷作用。
　　 方法：將不同濃度的納米二氧化鈦與PC12細胞分別共培養(yǎng)6，12，24和48小時后，利用倒置相差顯微鏡觀察PC12細胞形態(tài)的變化，用四唑鹽比色

9、法(3-(4，5-Dimethylthiazol-2-yl)-2，5-diphenyltetrazolium bromide，MTT)檢測納米二氧化鈦對PC12細胞存活率的影響。利用流式細胞術(shù)檢測PC12細胞發(fā)生凋亡的情況和活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)在細胞內(nèi)的積聚水平。同時，通過加入ROS清除劑2-巰基丙酰甘氨酸(N-(2-mercaptopropionyl)-glycine，N-MPG)，觀察R

10、OS的產(chǎn)生對細胞凋亡的影響。
　　 結(jié)果：
　　 1、納米二氧化鈦與PC12細胞共培養(yǎng)后，細胞的形態(tài)學發(fā)生明顯變化，細胞的數(shù)量也逐漸變少，具有濃度依賴性，同時，可以看到納米二氧化鈦在細胞表面聚集。
　　 2、MTT實驗：與納米二氧化鈦共培養(yǎng)后，細胞的存活率顯著下降，，且具有時間和濃度依賴性。
　　 3、流式細胞術(shù)：檢測發(fā)現(xiàn)納米二氧化鈦可以引起細胞內(nèi)ROS水平的增高，且可以誘導PC12細胞發(fā)生凋亡。

11、　　 4、ROS清除劑N-MPG可以降低納米二氧化鈦對PC12細胞損傷，使PC12細胞的凋亡率降低。
　　 結(jié)論：
　　 納米二氧化鈦可能使ROS在細胞內(nèi)積聚進而誘導PC12細胞發(fā)生凋亡現(xiàn)象。
　　 第三部分納米二氧化鈦對大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元離子通道的影響
　　 目的：利用膜片鉗技術(shù)，觀察納米二氧化鈦對大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元電壓門控鈉通道、鉀通道及神經(jīng)元興奮性的影響。
　　 方法：利用全細胞膜

12、片鉗技術(shù)，在電壓鉗記錄模式下，觀察納米二氧化鈦對電壓門控鈉通道、鉀通道的電流幅值及通道動力學的影響。在電流鉗記錄模式下，觀察納米二氧化鈦對神經(jīng)元動作電位的影響。
　　 結(jié)果：
　　 1、納米二氧化鈦抑制了電壓門控鈉通道電流的幅值，具有濃度依賴性，使穩(wěn)態(tài)失活曲線右移，失活后恢復時間延長，但對其激活曲線沒有顯著影響。
　　 2、納米二氧化鈦抑制了瞬時外向鉀電流及延遲整流鉀電流的幅值，同時加快了瞬時外向鉀通道的失活過程