神经细胞膜展示纳米材料的构建及其在细菌感染治疗中的应用研究

来源 :武汉大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gankai0319
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研究目的:利用细胞膜展示技术修饰金纳米笼,构建神经纳米胶囊(U87MG@GNC)体系,并研究其在抗菌镇痛中的作用,旨在为治疗化脓性链球菌引起的坏死性感染提供新策略。材料和方法:首先利用电化学置换法制备金纳米笼(GNC),其吸收峰在800nm左右。使用辣椒素(CPS)预处理神经胶质瘤细胞(U87MG),使U87MG细胞膜高表达瞬时受体电位阳离子通道亚家族V成员1(TRPV1),通过超声破碎及差速离心法获得CPS刺激后的U87MG细胞膜,将GNC与细胞膜混合物反复通过微型脂质体挤出器,获得神经胶质瘤细胞膜包覆金纳米笼体系即神经纳米胶囊U87MG@GNC。接下来检测U87MG@GNC的表征,包括流体动力学粒径、电位,紫外-可见光吸收光谱,并使用透射电子显微镜(TEM)观察GNC和U87MG@GNC的形貌,此外检测两种纳米粒子在磷酸盐缓冲液(PBS)溶液中的稳定性。再通过红外热成像仪比较两者在近红外(NIR)辐照的不同强度以及不同时间下溶液升温情况来评价材料光热性能。应用考马斯亮蓝及Western Blot检测材料表面蛋白表达情况。构建并表征U87MG@GNC后,接下来检测U87MG@GNC的镇痛能力。测量GNC和U87MG@GNC处理后形成溶血环的面积,从而比较两种纳米粒子中和链球菌溶血素S(SLS)的能力。将两种材料及化脓性链球菌上清与小鼠背根神经节(DRG)共培养,使用钙黄绿素染色检测不同时间点钙离子内流情况,并用Fluo-4/AM染色进行定量。将两种材料及细菌悬液注射于小鼠足底,检测小鼠自发性疼痛行为、热痛觉敏感性和机械痛觉敏感性。为了检测U87MG@GNC的抗菌能力,我们使用不同材料及细菌上清刺激小鼠DRG,通过ELISA检测培养基中CGRP的分泌情况,并将不同材料及细菌悬液注射入小鼠背部空气泡内,利用流式细胞术检测中性粒细胞招募情况。构建小鼠坏死性筋膜炎模型,再使用流式细胞术检测不同材料在NIR辐照15分钟或非NIR情况下中性粒细胞招募情况。最后,体内实验检测U87MG@GNC对坏死性筋膜炎的治疗能力。在皮下注射化脓性链球菌及不同材料后12小时进行NIR辐照,注射后6小时和18小时分别用流式细胞术检测中性粒细胞招募情况,注射后6小时取皮肤标本切片后进行H&E及免疫荧光染色,注射后24小时取全血进行血常规检测,拍照记录第四天和第七天皮肤病损愈合情况,并取第七天皮肤标本进行涂板后菌落计数。运用ELISA检测化脓性链球菌感染并用不同材料治疗6小时后皮肤外植体的CGRP分泌情况。结果:GNC的粒径约为130nm,U87MG@GNC的粒径约为150nm,相比于包覆前有所增加,GNC的Zeta电位约为-26mV,而U87MG@GNC的Zeta电位约为-15 mV。紫外-可见光的吸收光谱结果表明,GNC和U87MG@GNC均在800nm处存在特征吸收峰。TEM电镜结果显示GNC和U87MG@GNC均为立方形纳米粒子,并且U87MG@GNC表面可见约为5nm厚的膜结构。GNC和U87MG@GNC在PBS溶液中的稳定性良好。GNC和U87MG@GNC光热性能均较好,在NIR下溶液温度上升速率与照射光强度呈正相关。Western Blot检测表明材料保留了神经胶质瘤细胞膜表面特异性受体。以上结果表明U87MG@GNC成功构建。牛津杯实验显示,U87MG@GNC所形成的溶血环面积更小。钙黄绿素及Fluo-4/AM染色表明U87MG@GNC可抑制细菌上清刺激引起的钙离子内流。小鼠行为分析显示,U87MG@GNC可减少小鼠自发性疼痛行为,降低热和机械痛觉敏感性。以上结果表明U87MG@GNC有镇痛功能。ELISA检测结果显示U87MG@GNC可减少细菌上清刺激下DRG的CGRP分泌。小鼠背部空气泡流式细胞术检测证明U87MG@GNC可促进中性粒细胞招募。小鼠坏死性筋膜炎模型下,NIR后U87MG@GNC具有更好的中性粒细胞招募能力。以上结果表明U87MG@GNC有抗菌功能。注射细菌及材料后6小时和18小时的流式细胞术检测显示,U87MG@GNC在NIR下能够招募更多中性粒细胞,皮肤标本H&E及免疫荧光染色得到了相似的结果。血常规检测显示U87MG@GNC在NIR下对全身炎症也有所抑制。U87MG@GNC加NIR组四天和七天皮肤损伤愈合情况明显优于其他组,该组皮肤标本浸提液涂板后菌落也更少。ELISA检测结果表明U87MG@GNC在NIR下可抑制皮肤外植体的CGRP分泌。以上结果表明U87MG@GNC对坏死性筋膜炎的治疗效果较为理想。结论:U87MG@GNC成功构建,生物相容性良好,结构稳定,光热性能优异,并具有抗菌镇痛能力,可用于治疗化脓性链球菌引起的坏死性感染。
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