【摘 要】
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人胚胎干细胞具有无限的自我更新能力及分化潜能,可作为药物研发及化合物毒性预测的体外模型,也是目前唯一一个国际公认的利用细胞系而无需怀孕动物的发育毒性体外模型。近年来,纳米颗粒越来越多地被应用于食品和医药等行业,因此,纳米颗粒对人体健康的潜在风险越来越受到人们的关注。虽然已有多种纳米颗粒造成生物效应的报道,但其对人体的影响及其潜在的机制尚未有系统研究。在本研究中,我们以人胚胎干细胞体外分化系统为模型
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人胚胎干细胞具有无限的自我更新能力及分化潜能,可作为药物研发及化合物毒性预测的体外模型,也是目前唯一一个国际公认的利用细胞系而无需怀孕动物的发育毒性体外模型。近年来,纳米颗粒越来越多地被应用于食品和医药等行业,因此,纳米颗粒对人体健康的潜在风险越来越受到人们的关注。虽然已有多种纳米颗粒造成生物效应的报道,但其对人体的影响及其潜在的机制尚未有系统研究。在本研究中,我们以人胚胎干细胞体外分化系统为模型,结合定量蛋白质组学方法,从细胞应激反应、分化抑制以及分子通路等途径,评估广泛应用的纳米二氧化钛对人胚胎干细胞的影响。研究通过细胞生物学分析,明确了粒径20nm的纳米二氧化钛对人胚胎干细胞的毒性,并在蛋白质组学分析中发现了 328个蛋白的表达水平在人胚胎干细胞暴露于纳米二氧化钛后发生了的显著变化。通过进一步的富集分析发现,纳米二氧化钛会导致人胚胎干细胞的DNA损伤增加,氧化应激水平升高,细胞凋亡增多以及细胞分化抑制。同时,在畸胎瘤形成实验中,人胚胎干细胞在暴露于纳米二氧化钛后所形成的畸胎瘤明显小于对照组,这说明纳米二氧化钛严重影响了人胚胎干细胞的多向分化潜能。而在人胚胎干细胞向心肌细胞的体外分化实验中,亦发现人胚胎干细胞在暴露于纳米二氧化钛后,其向心肌细胞分化的能力显著减弱。综上,本研究以人胚胎干细胞体外分化系统为模型,结合定量蛋白质组学方法,建立了纳米颗粒对人体生物效应的体外研究平台,并系统全面地揭示了人胚胎干细胞在长期暴露于20nm纳米二氧化钛后其分子水平的变化,亦明确了其多能性和分化潜能受到了严重的影响。该研究为胚胎干细胞联合纳米技术、新材料在生物医学的应用提供了指导,也为纳米材料在医药食品应用的安全评估提供理论依据,为纳米科学在多学科的应用前沿研究方向提供了参考。
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