人源化神经细胞模型多终点评价不同粒径纳米银的神经毒性研究

摘要

目的:金属纳米粒子近年来在医药研究领域中展现出巨大的潜力，但其对人类的神经系统却存在一定的毒性风险。本研究采用人诱导多能干细胞（human induced pluripotent stem cells,hiPSC）分化的神经元细胞模型多终点评价40和70 nm粒径纳米银（silver nanoparticles,Ag-NPs）的神经毒性作用。方法:体外培养hiPSC来源的神经元细胞。给药72 h，采用CCK-8法检测神经元的细胞存活率，通过DCFH-DA荧光探针法检测活性氧（reactive oxygen species,ROS）水平，评价神经元氧化应激损伤，通过检测磷酸化组蛋白γH2AX评价神经元DNA损伤。分别在给药24和72 h，通过酶联免疫吸附实验（enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA）检测细胞因子[肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor α,TNF-α），白细胞介素（interleukin,IL）-1β,IL-6]的释放水平，采用高内涵细胞成像技术评价Ag-NPs对神经突生长的影响。结果:40和70 nm Ag-NPs均表现出神经元的细胞毒性。40 nm Ag-NPs从12.5μg·m L^-1剂量水平起细胞存活率显著降低（P<0.001），半数致死量(lethal dose 50%,LD₅₀)值为21.82μg·m L^-1; 70 nm Ag-NPs从25μg·m L^-1剂量水平起细胞存活率显著降低（P<0.05）,LD₅₀值为51.13μg·m L^-1。从2.5μg·m L^-1剂量起，40和70 nm Ag-NPs可诱导神经元ROS水平和DNA损伤水平呈剂量相关性升高。40 nm Ag-NPs从2.5μg·m L^-1剂量水平起对神经突宽度、面积表现出抑制作用，70 nm Ag-NPs从10μg·m L^-1剂量水平起对神经突数量、长度、宽度和分支点数等均表现出抑制作用。本研究中，Ag-NPs作用后神经元细胞因子释放水平未见明显改变。结论:本研究构建了体外多终点评价Ag-NPs神经毒性的人源化神经细胞模型，有效评估了2种粒径Ag-NPs对神经元的细胞毒性、氧化应激损伤、DNA损伤和神经突生长抑制作用，为Ag-NPs的临床安全使用剂量提供参考。

关键词

金属纳米粒子 / 纳米银 / 神经元 / 氧化应激 / DNA损伤 / 神经突生长