磷化铟量子点在细胞成像中的应用及其生物效应研究
Study of Indium Phosphide Quantum Dots in Cell Imaging and Bioeffects
由于具备优良的光学特性,量子点作为一种荧光生物探针在生物医学成像研究中有广泛的应用.早期的量子点荧光探针以含镉量子点为主,如碲化镉,硒化镉等.由于这些量子点材料本身含有镉元素,应用于生物样品时存在镉离子暴露的毒性风险,于是近年来人们开发了很多无镉量子点.磷化铟(Indium Phosphide,InP)量子点是目前应用最广泛的非镉量子点之一,与传统的含镉量子点相比,具有更稳定的共价键和更好的生物相容性,被认为具有更大的生物医学应用潜能.量子点的表面功能化,是影响其应用性能和生物效应的重要因素之一,为探索InP量子点的生物应用可行性,我们选用了分别用羧基(COOH)、氨基(NH2)、羟基(OH)修饰的InP量子点,从细胞成像应用和生物效应两方面对其进行了系统的研究.1、InP量子点用于细胞标记选择肺癌细胞HCC-15和肺泡Ⅱ型上皮细胞RLE-6TN与InP量子点共孵育4小时后,采用共聚焦成像和流式细胞术检测量子点对细胞的标记情况.共聚焦成像结果表明:InP-COOH,InP-NH2,InP-OH三种量子点均可以标记于HCC-15和RLE-6TN细胞,量子点被细胞摄取后会聚积在细胞质中;流式细胞术结果表明:细胞对量子点的摄取与浓度相关,使用浓度为2μg/mL时,细胞对InP-OH的摄取率均比InP-COOH和InP-NH2低,存在显著性差异;而浓度20μg/mL为时,细胞对三种量子点的摄取率相当,均高于90%.2、InP量子点用于基因药物示踪载体经过聚乙烯亚胺(Polyethylenimine,PEI)修饰的InP量子点可以作为基因药物示踪的纳米载体.将选择稳定性最佳的InP-COOH量子点,用PEI修饰后与小干扰RNA(Small interference RNA,siRNA)进行偶联形成纳米复合物,利用共聚焦成像技术和流式细胞术检测siRNA的转染效果.共聚焦成像结果表明:InP量子点可以成功运载siRNA进入HCC-15细胞;流式细胞术结果表明:InP量子点对细胞的转染率达31%,可以作为siRNA的有效示踪载体.3、InP量子点的体外生物效应研究将HCC-15和RLE-6TN细胞与InP量子点共孵育24或48小时后,利用MTT和凋亡试剂盒检测量子点的细胞毒性,利用ROS试剂盒检测量子点对细胞的损伤机制.实验结果表明:InP量子点对HCC-15和RLE-6TN细胞活性的影响,量子点处理细胞24小时内,细胞正常增殖,处理时间为48小时后,当量子点浓度高于20μg/mL时,表现出明显的细胞毒性;InP量子点处理细胞48小时后会诱导细胞发生凋亡;量子点诱发的氧化应激损伤可能是导致细胞毒性效应的原因之一.4、InP量子点的体内生物效应InP量子点(剂量25 mg/kg)经气管吸入进入BALB/c小鼠,分别在1、2、4、8、12、24 h取小鼠血液,在2、24 h取主要脏器,采用组织冰冻切片荧光成像和ICP-MS检测量子点在小鼠体内的分布,采用H&E染色检测量子点对脏器的损伤效应.小鼠组织荧光成像结果表明InP量子点经气管吸入24小时后在肺中有大量蓄积,且可以保持量子点的发荧光能力.ICP-MS结果表明InP量子点可以透过血气屏障分布于小鼠各主要脏器中,在肾脏中的蓄积量最多,在肝脏中的蓄积最不易被清除.H&E实验结果表明量子点在小鼠肺脏中的蓄积并未引发其组织形态的改变.综上所述,InP量子点作为细胞荧光标记探针和示踪载体应用于活细胞成像;量子点浓度高于20μg/mL时,可通过诱导氧化应激损伤造成细胞活性降低甚至发生凋亡;剂量为25 mg/kg的InP量子点经气管吸入后,可在小鼠肝、肾、肺蓄积,但不会对小鼠脏器产生明显损伤.研究成果对于推进InP量子点在生物医学领域的安全应用提供了参考佐证.
- 作者：
- 陈婷
- 学位授予单位：
- 深圳大学
- 专业名称：
- 光学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 许改霞；林桂淼
- 中图分类号：
- R318
- 关键词：
- InP量子点；细胞标记；示踪载体；体外生物效应；体内生物效应
- InP quantum dots; cell labeling; traceable nanocarriers; in vitro biological effects; in vivo biological effects;