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納米氫氧化鎂對六價鉻細胞毒性的修復作用


六價鉻Cr()屬于一級人類致癌物,因其廣泛的應用及大規模的生產會造成嚴重的環境污染。通過消化道、呼吸道、皮膚等途徑,Cr()可以侵入人體,引發腎衰竭、肝衰竭以及生殖、呼吸等系統毒性。細胞層面的研究發現:Cr()通過“攝入‐還原”模型,在細胞代謝還原的過程中產生氧化應激,引發蛋白質和核酸的損傷,誘導細胞凋亡及周期的阻止,甚至引發癌變。

納米氫氧化鎂Mg(OH)2)是一種環境友好型吸附劑,已被應用于處理水體中的重金屬離子,例如治理六價鉻。納米氫氧化鎂在吸附Cr()之后,通過處理,氫氧化鎂可以被回收再利用,而鉻鹽則可以濃縮富集重新用于工業生產。

但是,納米材料不可避免地會與重金屬離子產生共同的環境暴露。由于納米材料具有易在環境中遷移、不易沉降、粒徑很小等特性,導致所吸附污染物的環境轉運。納米材料在吸附重金屬污染物后,可以同時具備兩者的性質,生物效應與環境行為可以發生改變,為整個生態環境造成未知的威脅。

當前與納米材料和重金屬共同暴露相關的生物學效應的研究主要集中在探討納米材料對重金屬離子在水生生物中毒性的協同與積累的促進效應,而在細胞層面的機制研究幾乎為零。

基于此,提出假設:納米氫氧化鎂難以通過內吞作用被細胞攝入。采用納米氫氧化鎂吸附六價鉻可以降低六價鉻的細胞攝入,從而降低鉻引起的細胞毒性。利用納米氫氧化鎂吸附重鉻酸鹽,生成Mg(OH)2/Cr(VI)納米復合物。納米材料以吸附蛋白的分散狀態存在于細胞培養液中。隨后將納米氫氧化鎂吸附重金屬污染物Cr()作為模型,研究對象選取HepG2HEK293為,研究納米氫氧化鎂是否會對重金屬離子Cr()對細胞的生物效應產生影響。

研究主要從三個方面展開:第一,定量研究納米氫氧化鎂在吸附Cr()后,對Cr()離子進入細胞能力的影響。引入陰離子通道抑制劑,屏蔽納米材料上游離出的Cr()離子的細胞攝入,更準確的總結納米氫氧化鎂吸附鉻復合物如何進入細胞。

第二,對比測試吸附在納米氫氧化鎂上的Cr()與等量游離Cr()離子對兩種高等生物細胞的表觀毒性。引入離子通道抑制劑總結納米氫氧化鎂吸附鉻復合物本身對細胞的毒性。

第三,依據Cr()離子的致毒機理,從氧化應激、細胞周期阻滯、細胞凋亡三個方面深入研究Mg(OH)2/Cr(VI)納米復合物造成細胞毒性的原因。實驗發現:Mg(OH)2/Cr(VI)難以通過內吞的方式進入細胞,吸附在納米氫氧化鎂上的Cr()難以再通過擴散作用進入到細胞內。因此,被吸附后的Cr()的細胞攝入量、相應的細胞毒性效應和氧化應激均出現明顯的降低。Nano-Mg(OH)2/Cr(VI)復合物本身并不會引起明顯的細胞毒性和氧化應激。

從細胞水平方面對納米材料的環境修復行為進行安全性評價,證明在環境污染物治理的領域中,納米氫氧化鎂可以作為安全、有效的吸附劑。從理論上詮釋納米材料可以通過改變重金屬污染物的細胞攝入方式,實現降低毒性的作用。納米氫氧化鎂吸附劑可以成為理想的環境吸附劑模型。



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