量子点(quantum dots,QDs)又称半导体纳米微晶体,是一种由II-VI族或III-V族元素组成的,直径约为2 nm6 nm,能够接受激发光产生荧光的半导体纳米颗粒。由于其优良的光谱特征和光化学稳定性,许多科学工作者已经尝试着将其应用于生物学领域,并且取得了一定的进展。随着研究的逐步深入,将量子点用于生物标记,在药物筛选、细胞示踪、流式微流控芯片免疫分析、快速诊断增敏等方面进行研究与应用,已成为一个新兴的、最为活跃的研究领域之一。然而,要对分子和生物细胞进行标记,其量子点本身须具备水溶性高、生物相溶性好、毒性低等条件。这就需要我们从生物材料安全性出发对其毒作用与机制进行研究。而对毒理学机理的研究,目前国内外尚处于起步阶段。由于量子点的小粒径有着特殊的理化性能,同时又含有Cd2+和Se2+或Te2+等金属毒性离子,且这些金属离子对肺和肾脏都具有毒性。所以随着量子点在生物学研究中的广泛应用,与此密切相关的药物毒性问题,以及对人类环境可能产生的污染问题都日渐引起研究者的高度关注.量子点与细胞作用的定量机制和药物代谢机理几乎还是空白。本研究希望通过体外研究对量子点的细胞毒性作用效应和相关机制进行观察与分析,以便为以后量子点在实时连续动态监测的应用研究中筛选出品质优良、符合实验要求的量子点。 1、在本实验条件下,一定浓度的量子点(CdTe/CdS)可以使得RAW 264.7细胞活性下降,采用MTT法测出量子点(CdTe/CdS)对RAW 264.7细胞的半数生长抑制浓度(IC50)为9.048μg/ml。培养液中LDH的释放增高,膜通透性增加；量子点(CdTe/CdS)可进入RAW 264.7细胞,并影响细胞的超微结构,造成线粒体、内质网肿胀及空泡样变化。 2、在上述实验基础上进行氧化损伤实验,结果表明,一定浓度的量子点(CdTe/CdS)在染毒24h及48h时可引起体外培养RAW 264.7细胞的氧化应激反应,细胞产生羟自由基的能力变强,脂质过氧化产物MDA含量增高,产生大量羟自由基,从而导致抗氧化酶SOD及GSH-Px活性发生改变,进而影响NO合成与代谢,导致脂质过氧化的发生,而氧自由基和脂质过氧化反应的产物可导致DNA损伤,造成DNA单链断裂。量子点(CdTe/CdS)引起的遗传毒性方面的体外试验研究提示,量子点(CdTe/CdS)能引起RAW 264.7细胞DNA链的断裂,同时检测了量子点(CdTe/CdS)染毒不同时间对RAW 264.7细胞微核率的影响,结果未见量子点(CdTe/CdS)有诱发RAW 264.7细胞微核率升高的作用,说明其对RAW 264.7细胞染色体无明显损伤作用。上述两项遗传毒性实验表明,量子点(CdTe/CdS)的长期作用可能对组织细胞具有一定的遗传毒性。 3、量子点(CdTe/CdS)引起RAW 264.7细胞脂质过氧化,诱导巨噬细胞产生大量的ROS,引起线粒体的损伤,导致线粒体膜电位的显著下降,线粒体的通透性发生变化,同时线粒体的损伤使得线粒体膜破裂,膜间腔Ca2+释放,导致细胞内钙的显著增加,各种凋亡因子从线粒体释放到细胞质中,它们激活了凋亡蛋白酶(caspase),诱发了细胞凋亡,从而表现出细胞凋亡的各种形态特征,即胞质浓缩,DNA的大规模片段化,最后细胞膜内陷形成凋亡小体。 综上所述,我们可以初步认为：量子点(CdTe/CdS)可降低RAW 264.7细胞增殖活力,引起羟自由基生成增加,干扰细胞中自由基的正常代谢,通过脂质过氧化反应和DNA断裂等途径造成细胞的损伤,表现为膜通透性增加,并造成线粒体、内质网结构的改变和细胞内活性氧与游离钙浓度增加,在凋亡信号的刺激下,线粒体的通透性会发生变化,线粒体的膜电位会丢失,各种凋亡因子会从线粒体释放到细胞质中,它们激活线粒体凋亡通路,依赖于caspase,诱导了RAW 264.7细胞凋亡。