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背景:介孔二氧化硅(介孔Si O2)由于其稳定的骨架结构、介孔孔径均一可调、表面易于修饰等独特优良特性而广泛应用在化学催化、分离科学、生物医药等众多领域,特别是其可在生物医学领域作为药物载体、基因载体而引起人们广泛的关注。因介孔Si O2进入临床使用后,人体的暴露几率更高,因此,介孔Si O2对人体的影响作用不容忽视。血管内皮细胞是有害物质进入机体循环系统的第一道防线,既往研究发现血管内皮细胞的损伤是许多心血管疾病的重要诱因。研究发现表面功能化修饰在影响介孔Si O2细胞毒性效应方面扮演者重要角色。鉴于介孔Si O2作为药物、基因载体与血管内皮细胞接触的频繁性,其心血管毒性效应不容忽视。目的:本研究拟通过NH2-SBA-15与COOH-SBA-15致人脐静脉血管内皮细胞毒性,探究经氨基(-NH2)和羧基(-COOH)修饰后的表面功能化介孔Si O2致血管内皮细胞毒性效应及其细胞毒性作用机制,为介孔Si O2及表面功能化介孔Si O2致在临床上的安全应用提供科学的理论依据。方法:本研究以SBA-15型介孔Si O2和人脐静脉血管内皮细胞(HUVECs)为研究对象,采用后嫁接法将氨基(-NH2)和羧基(-COOH)修饰在SBA-15上,通过体外细胞培养分别建立HUVECs暴露于表面功能化介孔Si O2的暴露模型。采用红外光谱(FTIR)、N2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和动态光散射粒度分析仪(DLS)等手段对NH2-SBA-15和COOH-SBA-15进行了表征。采用染毒浓度为0μg/m L、12.5μg/m L、25.0μg/m L、50.0μg/m L、100μg/m L、200μg/m L、400μg/m L、800μg/m L进行MTT及CCK-8实验,用以定量测定功能化修饰介孔Si O2致HUVECs增殖活性影响并确定后续实验染毒剂量组(0μg/m L、100μg/m L、200μg/m L);采用染毒浓度为0μg/m L、100μg/m L、200μg/m L作用于HUVECs24h后,微量酶标法测定培养液上清中乳酸脱氢酶(LDH)的活力,硝酸还原酶法测定培养液上清液中一氧化氮(NO)的含量,二氯荧光乙酰乙酸盐(DCFH-DA)探针结合荧光显微镜技术及荧光酶标仪定性、定量检测SBA-15作用下HUVECs细胞活性氧(ROS)水平,蛋白印迹(Western Blot)技术分别测定细胞黏附因子-1(ICAM-1)和血管细胞黏附因子-1(VCAM-1)蛋白表达水平。结果:1.功能化修饰介孔Si O2的表征-NH2和-COOH成功地嫁接到介孔材料SBA-15上,NH2-SBA-15和COOH-SBA-15仍保持了SBA-15的一维六方介孔结构,具有典型的介孔结构特征,三种样品材料在1640细胞培养基中分散稳定,未发生聚集。2.功能化修饰介孔Si O2的细胞毒性分析与阴性对照组(0μg/m L)比较,SBA-15、NH2-SBA-15、COOH-SBA-15组细胞抑制率均升高(P<0.05),随着剂量浓度的升高,细胞抑制率逐渐升高,且具有明显的剂量-反应关系;低浓度时NH2-SBA-15、COOH-SBA-15组对细胞抑制率高于SBA-15组,随着染毒浓度增加,在400和800μg/m L时SBA-15组对细胞抑制率高于表面功能化组(P<0.05),在800μg/m L时COOH-SBA-15组细胞抑制率最低(P<0.05)。与阴性对照组(0μg/m L)比较,SBA-15、NH2-SBA-15、COOH-SBA-15组都不同程度地损伤了细胞膜,随着剂量浓度的升高,LDH释放量随之升高(P<0.05),相同剂量不同样品材料组比较显示功能化后SBA-15组,细胞培养液中LDH的表达水平降低且COOH-SBA-15组最低(P<0.05)。3.功能化修饰介孔Si O2致HUVECs氧化应激效应与阴性对照组(0μg/m L)比较,SBA-15、NH2-SBA-15、COOH-SBA-15组都不同程度地促进了内皮细胞ROS的表达水平(P<0.05),随着剂量浓度的升高,ROS的表达水平随之升高(P<0.05),相同剂量不同样品材料组比较显示功能化后SBA-15组,内皮细胞ROS的表达水平降低且COOH-SBA-15组最低(P<0.05)。荧光显微镜检测结果显示:阴性对照组绿色荧光不明显,而SBA-15、NH2-SBA-15、COOH-SBA-15组都发出了不同强度地荧光,同剂量不同样品材料组比较,功能化组荧光强度较弱且羧基化组最弱,阳性对照组荧光强度最强。4.功能化修饰介孔Si O2对HUVECs细胞功能影响的分析与阴性对照组(0μg/m L)比较,SBA-15、NH2-SBA-15、COOH-SBA-15组都不同程度地促进了内皮细胞NO、ICAM-1和VCAM-1的表达水平(P<0.05),随着剂量浓度的升高,HUVECs的上清液中NO含量和细胞内ICAM-1、VCAM-1蛋白的表达水平随着SBA-15染毒浓度的升高呈上升趋势(P<0.05),相同剂量不同样品材料组比较显示功能化修饰SBA-15组,内皮细胞NO、ICAM-1和VCAM-1的表达水平降低且COOH-SBA-15组最低(P<0.05)。结论:功能化修饰介孔Si O2对HUVECs存在细胞毒性,损伤细胞膜,相比较而言功能化修饰后细胞毒性降低,羧基修饰组(COOH-SBA-15)毒性最低,有着较好的生物安全性。通过三种材料致细胞抑制率及LDH和ROS表达水平比较,氧化损伤和细胞膜损伤可能是其细胞毒性作用机制中的两种。介孔Si O2可能通过诱导HUVECs的NO、ICAM-1、VCAM-1高表达而对心血管系统产生影响。