氧化石墨烯及石墨烯量子點(diǎn)與細(xì)胞的相互作用研究.pdf

1、氧化石墨烯（Graphene Oxide,GO）及石墨烯量子點(diǎn)（Graphene Quantum Dots，GQDs）因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)以及物理化學(xué)性質(zhì)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究受到了廣泛的關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)GO和GQDs均能有效負(fù)載并向細(xì)胞內(nèi)遞送藥物、基因以及核酸適配體等，是優(yōu)異的多功能運(yùn)送載體。但是，GO和GQDs與細(xì)胞的相互作用機(jī)理及其細(xì)胞毒性等基礎(chǔ)性問題仍不明確，這在一定程度上限制了其實(shí)際應(yīng)用。
　　本論文以二維側(cè)向尺寸不同的GO

2、及GQDs為研究對象，力求闡明其與細(xì)胞的相互作用機(jī)制，主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　1. GO及GQDs的細(xì)胞毒性研究。GO處理后的細(xì)胞內(nèi)活性氧水平顯著升高，線粒體膜電位下降，繼而細(xì)胞發(fā)生凋亡并且細(xì)胞存活率降低。但是，相比較而言，GQDs對細(xì)胞影響較小，與細(xì)胞作用后細(xì)胞的存活率比GO作用后的存活率高。
　　2. GO和GQDs進(jìn)入細(xì)胞途徑及在細(xì)胞內(nèi)的分布探索。內(nèi)吞途徑抑制劑介入后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，GQDs主要通過細(xì)胞膜穴樣內(nèi)陷

3、途徑內(nèi)吞進(jìn)入細(xì)胞，而GO主要是通過細(xì)胞吞噬作用和網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞途徑進(jìn)入細(xì)胞。利用熒光顯微鏡及透射電子顯微鏡表征手段還發(fā)現(xiàn)GO和GQDs進(jìn)入細(xì)胞途徑的不同導(dǎo)致了其在細(xì)胞內(nèi)的分布也不同，其中GO主要分布在細(xì)胞質(zhì)區(qū)域，而GQDs主要集中于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，并能夠進(jìn)入細(xì)胞核。
　　3. GO和GQDs與細(xì)胞膜的相互作用機(jī)制研究。研究發(fā)現(xiàn) GO與細(xì)胞膜之間的相互作用破壞了細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。為此，本文使用了不易進(jìn)入細(xì)胞的抗腫瘤藥物阿霉素（doxor

4、ubicin，DOX）和無法穿透正常細(xì)胞膜的熒光分子碘化丙啶（propidium iodide，PI）作為細(xì)胞膜通透性指示劑，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞與GO孵育3小時后，DOX和PI可大量進(jìn)入細(xì)胞，這表明GO可導(dǎo)致細(xì)胞膜的通透性增加。然而，細(xì)胞與GQDs孵育后，細(xì)胞的形態(tài)和細(xì)胞膜通透性均未發(fā)生明顯改變，說明GQDs對細(xì)胞的影響小。
　　4. GO誘發(fā)細(xì)胞產(chǎn)生的應(yīng)激反應(yīng)研究。GO與細(xì)胞短時間孵育后不僅增加了細(xì)胞膜的通透性，還會導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生空泡。通

5、過細(xì)胞活性檢測、細(xì)胞周期檢測等手段發(fā)現(xiàn)空泡化現(xiàn)象并未影響細(xì)胞存活，但是會導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生S期阻滯并且細(xì)胞增殖減緩。細(xì)胞透射電子顯微鏡成像、細(xì)胞熒光顯微鏡成像以及自噬抑制等實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明空泡不是自噬體。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外溶液滲透壓增大時空泡會減少，表明空泡中含有水。借助于熒光黃（luciferyellow，LY）作為指示劑的染色方法以及通過引入水孔蛋白（aquaporins，AQPs）抑制劑等手段，證明空泡是由水分子大量通過AQPs進(jìn)入細(xì)胞