代謝組學技術(shù)用于石墨烯對肝癌-肝細胞生物代謝影響的研究.pdf

1、由于石墨烯納米材料具有奇特的理化性質(zhì)，近十年來隨著對其在光電、醫(yī)藥材料領(lǐng)域的深入研究，其越來越多的產(chǎn)品被應用于日常生活當中。但其毒性特征，尤其在安全可控性、環(huán)境干預性和潛在的健康風險性等方面始終沒有得到深入明確的闡述。因此，如何全面系統(tǒng)地準確評價石墨烯納米材料的毒理學特征，對于這一材料的研究及其在生活中的應用有著重要的價值和意義。
　　本實驗研究通過經(jīng)典的醫(yī)學毒性評價方法對石墨烯(Graphene,G)和水溶石墨烯(Water s

2、oluble graphene,WSG)分別作用的肝癌細胞(HepG2)和正常肝細胞(Chang liver)的毒性特征進行了多層次的高通量分析。研究了石墨烯納米材料對肝癌(HepG2)/正常肝細胞(Chang liver)的細胞形態(tài)、細胞體內(nèi)代謝酶、細胞程序性死亡(壞死、凋亡)的毒性特征。
　　通過深入研究發(fā)現(xiàn)石墨烯納米材料對MTT/CCK-8分子有吸附的干擾。在2小時內(nèi)，石墨烯對MTT和CCK-8的吸附量是相應空白對照組的7％

3、和25%，水溶石墨烯對MTT和CCK-8的吸附量是相應空白對照組的5%和12%。通過密度態(tài)計算分析發(fā)現(xiàn)石墨烯納米材料誘導MTT/CCK-8分子產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移，干擾了與代謝酶的還原。石墨烯納米材料對PI和Hoechst33342分子可以產(chǎn)生較強的熒光猝滅現(xiàn)象。此外，石墨烯納米材料對檢測溶液的光路易產(chǎn)生定量的折/反射干擾，G和WSG在濃度為26.67μg·mL-1時對光路的阻擋強度分別為空白對照組的100倍和1100倍。
　　通過簡捷的

4、細胞破碎和提取技術(shù)，超高效液相的高效分離技術(shù)和質(zhì)譜儀的高分辨技術(shù)搭建了針對石墨烯納米材料的細胞代謝組學分析平臺。進而對石墨烯納米材料刺激的HepG2/Chang liver細胞進行了整體的內(nèi)源性代謝產(chǎn)物擾動分析。實驗中隔離了石墨烯納米材料與被檢測目標物同時出現(xiàn)的現(xiàn)象，避免了石墨烯納米材料潛在干擾目標物的可能性。
　　通過代謝組學技術(shù)平臺研究了石墨烯納米材料對HepG2細胞內(nèi)源性代謝產(chǎn)物的表型差異，發(fā)現(xiàn)HepG2細胞的代謝應答對G/

5、WSG均呈現(xiàn)了明顯的濃度依賴性特征。其中高濃度G刺激HepG2細胞谷胱甘肽的代謝量比正常代謝水平高出近1.5倍，高濃度WSG刺激HepG2細胞卵磷脂的代謝量僅是正常水平的3/5。發(fā)現(xiàn)石墨烯主要干擾HepG2細胞谷胱甘肽代謝、β-丙氨酸代謝、精氨酸脯氨酸代謝、甘油磷脂代謝等生物學通路；水溶石墨烯主要干擾HepG2細胞的甘油磷脂代謝、嘌呤代謝、精氨酸脯氨酸代謝、淀粉和蔗糖代謝等生物學通路。
　　通過建立的超高效液相串聯(lián)飛行時間質(zhì)譜儀代

6、謝組學技術(shù)平臺對石墨烯納米材料刺激的Chang liver細胞進行內(nèi)源性代謝產(chǎn)物分析。研究發(fā)現(xiàn)不同濃度的石墨烯納米材料刺激的正常肝細胞代謝也呈現(xiàn)明顯的表型差異和濃度依賴性特征。其中高濃度G刺激肝細胞的色氨酸代謝量為正常代謝水平的1/2，高濃度WSG刺激肝細胞酪氨酸的代謝量低至正常代謝水平的1/2。石墨烯對正常肝細胞主要干擾了色氨酸代謝、賴氨酸代謝、嘧啶代謝和甘油磷脂代謝等生物學通路；水溶石墨烯對正常肝細胞主要干擾了酪氨酸代謝、嘧啶代謝、