基于2D和3D Caco-2細胞培養(yǎng)研究納米氧化鋅的安全性.pdf

1、納米氧化鋅是一種應用前景廣泛的多功能無機納米材料，其具有粒徑微小、比表面活性高、化學性質穩(wěn)定等特點，被廣泛應用于化妝品、電子產品、藥物載體、醫(yī)藥和食品包裝材料。隨著人們與納米氧化鋅接觸的日益增多，其對人類健康的潛在毒性影響也引起了高度關注。研究納米材料對細胞毒性的眾多試驗中，二維（2D）單層細胞培養(yǎng)仍然是占主導地位的體外模型。在傳統(tǒng)2D塑料培養(yǎng)皿中培養(yǎng)的細胞會失去其原有的組織結構，極性以及蛋白質–蛋白質相互作用，而且相比體內模型往往會改

2、變細胞的代謝、表型以及基因表達。當二維細胞培養(yǎng)模型擴展到納米毒理學研究，它的這些限制有可能導致獲得誤導性結果和結論的風險。實際上在體內的所有細胞都生長在一個三維（3D）環(huán)境中，單個細胞的表型和功能是高度依賴于三維組織-細胞外基質（ECM）蛋白和鄰近細胞的復雜相互作用。因此，在一個高度模擬體內生理環(huán)境的體外3D模型中進行納米粒子的毒性研究可以為納米材料的生物安全性評價提供更多理論基礎和參考價值。
　　為了評估不同粒徑的納米氧化鋅在2

3、D和3D培養(yǎng)模型中對人結腸癌上皮（Caco-2）細胞的毒性作用，首先通過透射電鏡和納米粒度儀對納米氧化鋅粒子的形狀、粒徑大小和分布進行表征。在2D和3D培養(yǎng)條件下，利用倒置顯微鏡觀察納米氧化鋅染毒Caco-2細胞對其形態(tài)的影響，采用MTT比色法檢測細胞活性，對細胞內ROS水平，炎癥因子白細胞介素-8（IL-8）和白細胞介素-1β（IL-1β）進行檢測，通過熒光顯微鏡觀察AO/EB雙染后的2D細胞死亡形態(tài)，同時借助流式細胞儀檢測不同的細胞

4、死亡方式。試驗結果如下：
　?。?）三種納米氧化鋅樣品的平均粒徑為24.53±8.54nm，56.18±9.56nm，87.26±13.47nm。
　?。?）納米氧化鋅引起2D細胞形態(tài)發(fā)生明顯變化，而沒有引起3D細胞形態(tài)發(fā)生明顯變化。24nm納米氧化鋅對2D細胞的毒性最大，56nm納米氧化鋅略低，87nm納米氧化鋅則最小。三種納米氧化鋅的3D細胞活力差異沒有顯著性，表明納米氧化鋅的粒徑大小對3D細胞的毒性影響沒有明顯差異。3

5、D細胞活性明顯高于2D細胞，表明納米氧化鋅對2D細胞毒性明顯高于3D細胞。
　?。?）3D細胞相比2D細胞具有更高的基礎ROS水平。2D細胞的ROS水平呈依賴劑量的方式增加，而3D細胞內ROS水平沒有顯著增加。24nm納米氧化鋅誘導2D細胞氧化應激程度最高，56nm納米氧化鋅略低，87nm納米氧化鋅則最低，而粒徑大小對3D細胞內氧化應激程度的影響沒有明顯差異。高濃度納米氧化鋅（≥75μg/mL）染毒12h后誘導2D細胞氧化應激程度

6、高于3D細胞。相比2D細胞，納米氧化鋅誘導了3D細胞強烈的炎癥反應。3D細胞的炎癥因子表達量呈劑量依賴方式增加，24nm納米氧化鋅誘導炎癥反應最強烈。24nm和56nm納米氧化鋅誘導2D細胞炎癥反應的結果相似，而87nm納米氧化鋅相對較低。在3D培養(yǎng)條件下，納米氧化鋅誘導的炎癥反應與ROS水平無關。
　?。?）在2D培養(yǎng)條件下濃度為75μg/mL的24nm納米氧化鋅引起的晚期凋亡細胞和壞死細胞數量最多。在兩種細胞培養(yǎng)條件下24nm