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纳米氢氧化镁对六价铬细胞毒性的修复作用


六价铬Cr()属于一级人类致癌物,因其广泛的应用及大规模的生产会造成严重的环境污染。通过消化道、呼吸道、皮肤等途径,Cr()可以侵入人体,引发肾衰竭、肝衰竭以及生殖、呼吸等系统毒性。细胞层面的研究发现:Cr()通过“摄入‐还原”模型,在细胞代谢还原的过程中产生氧化应激,引发蛋白质和核酸的损伤,诱导细胞凋亡及周期的阻止,甚至引发癌变。

纳米氢氧化镁Mg(OH)2)是一种环境友好型吸附剂,已被应用于处理水体中的重金属离子,例如治理六价铬。纳米氢氧化镁在吸附Cr()之后,通过处理,氢氧化镁可以被回收再利用,而铬盐则可以浓缩富集重新用于工业生产。

但是,纳米材料不可避免地会与重金属离子产生共同的环境暴露。由于纳米材料具有易在环境中迁移、不易沉降、粒径很小等特性,导致所吸附污染物的环境转运。纳米材料在吸附重金属污染物后,可以同时具备两者的性质,生物效应与环境行为可以发生改变,为整个生态环境造成未知的威胁。

当前与纳米材料和重金属共同暴露相关的生物学效应的研究主要集中在探讨纳米材料对重金属离子在水生生物中毒性的协同与积累的促进效应,而在细胞层面的机制研究几乎为零。

基于此,提出假设:纳米氢氧化镁难以通过内吞作用被细胞摄入。采用纳米氢氧化镁吸附六价铬可以降低六价铬的细胞摄入,从而降低铬引起的细胞毒性。利用纳米氢氧化镁吸附重铬酸盐,生成Mg(OH)2/Cr(VI)纳米复合物。纳米材料以吸附蛋白的分散状态存在于细胞培养液中。随后将纳米氢氧化镁吸附重金属污染物Cr()作为模型,研究对象选取HepG2HEK293为,研究纳米氢氧化镁是否会对重金属离子Cr()对细胞的生物效应产生影响。

研究主要从三个方面展开:第一,定量研究纳米氢氧化镁在吸附Cr()后,对Cr()离子进入细胞能力的影响。引入阴离子通道抑制剂,屏蔽纳米材料上游离出的Cr()离子的细胞摄入,更准确的总结纳米氢氧化镁吸附铬复合物如何进入细胞。

第二,对比测试吸附在纳米氢氧化镁上的Cr()与等量游离Cr()离子对两种高等生物细胞的表观毒性。引入离子通道抑制剂总结纳米氢氧化镁吸附铬复合物本身对细胞的毒性。

第三,依据Cr()离子的致毒机理,从氧化应激、细胞周期阻滞、细胞凋亡三个方面深入研究Mg(OH)2/Cr(VI)纳米复合物造成细胞毒性的原因。实验发现:Mg(OH)2/Cr(VI)难以通过内吞的方式进入细胞,吸附在纳米氢氧化镁上的Cr()难以再通过扩散作用进入到细胞内。因此,被吸附后的Cr()的细胞摄入量、相应的细胞毒性效应和氧化应激均出现明显的降低。Nano-Mg(OH)2/Cr(VI)复合物本身并不会引起明显的细胞毒性和氧化应激。

从细胞水平方面对纳米材料的环境修复行为进行安全性评价,证明在环境污染物治理的领域中,纳米氢氧化镁可以作为安全、有效的吸附剂。从理论上诠释纳米材料可以通过改变重金属污染物的细胞摄入方式,实现降低毒性的作用。纳米氢氧化镁吸附剂可以成为理想的环境吸附剂模型。



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