納米二氧化鈦顆粒穿越大鼠氣血屏障的電鏡研究.pdf

1、納米顆粒具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和生物特性，越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域中。它們?cè)谶@些領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但同時(shí)也產(chǎn)生潛在的生物安全性與環(huán)境安全性等問(wèn)題而引起世界范圍的廣泛關(guān)注。已有研究結(jié)果顯示納米顆粒可引起細(xì)胞代謝、凋亡、細(xì)胞周期、應(yīng)激反應(yīng)、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和炎癥反應(yīng)等一系列的毒性效應(yīng)。納米顆粒進(jìn)入機(jī)體后可以轉(zhuǎn)運(yùn)到各器官，包括大腦和心臟等重要生命器官。轉(zhuǎn)運(yùn)可以是簡(jiǎn)單的物理性移位，還可以發(fā)生溶解（溶解大多數(shù)主要是物理過(guò)程，

2、少數(shù)有化學(xué)變化）和蛋白結(jié)合等化學(xué)性過(guò)程。而多項(xiàng)研究結(jié)果表明納米二氧化鈦顆粒(nano-TiO2)易進(jìn)入上皮和間質(zhì)部位，nano-TiO2在肺灌洗液中只有20％的在巨噬細(xì)胞中可以被檢出，提示大多數(shù)nano-TiO2顆粒在上皮細(xì)胞或轉(zhuǎn)運(yùn)到間質(zhì)和循環(huán)系統(tǒng)，然而nano-TiO2顆粒究竟是如何被轉(zhuǎn)運(yùn)的，現(xiàn)有的研究并沒(méi)有給出直接的證據(jù)。
　　研究目的：
　　利用透射電子顯微鏡(TEM)觀察nano-TiO2顆粒是否可以直接穿越大鼠肺氣

3、-血屏障，從而由肺進(jìn)入血循環(huán)。旨在為nano-TiO2的生物安全性評(píng)價(jià)、危險(xiǎn)度管理以及納米材料在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用提供有益的資料，進(jìn)一步促進(jìn)納米技術(shù)和納米產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
　　研究方法：
　　本實(shí)驗(yàn)采用大鼠支氣管灌注實(shí)驗(yàn)探究nano-TiO2穿越肺氣血屏障的過(guò)程，具體觀察指標(biāo)包括:①肺組織病理切片常規(guī)HE染色:觀察肺組織結(jié)構(gòu)改變及nano-TiO2顆粒在肺泡的組織大體（一般指肉眼可見(jiàn)的）分布;②應(yīng)用透射電鏡技術(shù)觀察nano-T

4、iO2顆粒在肺泡的微觀分布及對(duì)肺泡超微結(jié)構(gòu)的影響，特別是對(duì)肺氣血屏障的作用，并結(jié)合X射線能譜儀定性nano-TiO2顆粒的存在;③利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)檢測(cè)灌注后大鼠靜脈血中nano-TiO2顆粒在不同時(shí)間點(diǎn)的含量變化。
　　研究結(jié)果：
　　1.材料表征X-衍射和透射電鏡鑒定結(jié)果:試樣中銳鈦礦相和金紅石相的比例為80％∶20％，nano-TiO2材料均呈圓形晶體顆粒，測(cè)得其平均粒徑約為25nm。
　

5、　2.肺組織光鏡觀察結(jié)果:對(duì)照組，大鼠肺泡結(jié)構(gòu)正常，肺泡間隔較薄，肺泡腔干凈，無(wú)明顯炎癥變化。Nano-TiO2灌注后2h組，肺組織無(wú)明顯病理性改變，肺泡完整但呈現(xiàn)皺縮，少量納米顆粒以團(tuán)聚狀態(tài)沉積在肺泡內(nèi)表面，也有少量分布在肺泡隔。Nano-TiO2灌注后6h組，大量nano-TiO2顆粒團(tuán)聚物分布在大鼠肺部的呼吸性細(xì)支氣管、肺泡管、肺泡囊、肺泡和肺間質(zhì);肺組織出現(xiàn)明顯充血、出血的病理性改變，肺泡腔內(nèi)有明顯的滲出和炎性細(xì)胞浸潤(rùn)。Nano

6、-TiO2灌注后12h組，nano-TiO2顆粒團(tuán)聚物在肺組織中的分布比6h組減少，但病理性改變更加明顯，部分肺泡完整性遭到破壞，肺泡結(jié)構(gòu)排列紊亂或肺實(shí)變，整個(gè)肺泡結(jié)構(gòu)幾乎不存在。Nano-TiO2灌注后24 h組，肺泡表面少見(jiàn)nano-TiO2顆粒沉積，間質(zhì)偶見(jiàn)小的團(tuán)聚顆粒分布，肺泡充血消失，水腫減輕，肺泡也有所修復(fù)。
　　3.透射電鏡觀察結(jié)果:在灌注后6h，肺泡腔內(nèi)出現(xiàn)大量nano-TiO2顆粒大團(tuán)聚物和鏈狀小團(tuán)聚物，肺泡腔內(nèi)

7、游離巨噬細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)完整，但胞質(zhì)中有大量無(wú)膜包被的nano-TiO2顆粒團(tuán)聚物。在氣血屏障處，有些nano-TiO2顆粒團(tuán)聚物粘附在肺泡上皮細(xì)胞上，有些nano-TiO2顆粒大團(tuán)聚物已破膜進(jìn)入氣血屏障的肺泡上皮細(xì)胞內(nèi)，有nano-TiO2鏈狀小團(tuán)聚物跨越肺泡上皮細(xì)胞和基膜進(jìn)入毛細(xì)血管內(nèi)皮。在灌注后12h，nano-TiO2在肺組織中分布與6h相似，可見(jiàn)nano-TiO2顆粒以不同方式穿越氣血屏障，進(jìn)入毛細(xì)血管腔，鏈狀結(jié)構(gòu)團(tuán)聚物是直接穿越

8、氣血屏障進(jìn)入的，塊狀團(tuán)聚物以破膜的形式穿越氣血屏障進(jìn)入。在灌注后24 h，nano-TiO2顆粒大量進(jìn)入肺間質(zhì)，肺泡隔明顯增厚，接觸nano-TiO2顆粒的細(xì)胞呈現(xiàn)細(xì)胞損傷，凋亡及壞死，細(xì)胞中出現(xiàn)大量空泡，細(xì)胞核縮小，線粒體腫大，脊散亂。在有nano-TiO2顆粒的Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞中生成大量板層小體，細(xì)胞表面微絨毛消失。
　　4.ICP-MS結(jié)果:與對(duì)照組相比，nano-TiO2顆粒氣管灌注組在各時(shí)間點(diǎn)(0、2、6、12、24和4

9、8 h)全血Ti元素均高于對(duì)照組，但灌注組不同時(shí)間點(diǎn)間比較并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯差異。
　　結(jié)論：
　　1)本研究實(shí)驗(yàn)條件下，25 nm粒徑的nano-TiO2顆粒支氣管灌注后能夠跨越氣-血屏障進(jìn)入血液循環(huán)，其中小鏈狀結(jié)構(gòu)團(tuán)聚物是以直接穿越氣血屏障進(jìn)入毛細(xì)血管腔的，大塊狀團(tuán)聚物則是以破壞氣血屏障的形式進(jìn)入毛細(xì)血管腔的。
　　2)本研究實(shí)驗(yàn)條件下，25 nm粒徑的nano-TiO2顆粒支氣管灌注后可造成肺充血、肺水腫、肺泡破壞和