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光催化剂TiO2对牛晶状体上皮细胞作用的实验研究

http://www.cnophol.com 2008-10-31 13:16:36 中华眼科在线

    3  讨论

     目前,PCO的临床治疗主要是Nd:YAG激光后囊膜切开术及手术治疗,但由于其可引起一些严重的并发症,如黄斑囊样水肿、视网膜脱离、眼压升高等,限制了临床应用。改良白内障手术方式和人工晶状体的设计虽可降低PCO的发生率,但还无法根本解决LEC增殖问题。抗代谢药物、特异性单克隆抗体及基因治疗技术的应用虽可在体外抑制LEC增殖,但因毒副作用大而难以应用于临床[6-7],因此, 探索和研究新的治疗方法是防治PCO普遍关注的问题。

    光催化是近20年来最活跃的化学研究领域之一,在众多的光催化剂中,半导体二氧化钛(TiO2)因其化学性质稳定、耐酸、耐碱,具有良好的生物相容性,对人体无害等而成为最理想的光催化剂。TiO2作为一种半导体材料具有很好的光催化活性,当其吸收的能量大于其禁带宽度的光子后,价带电子被激发至导带,产生电子-空穴对;而光生空穴具有很强的氧化性,因而能催化附着于TiO2周围的水分子分解产生羟基自由基,这些活性氧类自由基易与生物大分子如脂类、蛋白质、酶类以及核酸大分子反应,直接损害或通过一系列氧化链式反应而对生物细胞结构引起广泛的损伤性破坏[8-9]。Kubota等[3]利用TiO2颗粒结合300~400 nm紫外灯照射体外培养的T-24人膀胱癌细胞,可观察到明显的细胞杀伤效应,同时也明显抑制移植在裸鼠体内的T-24肿瘤的生长,并证明光生电子-空穴对与细胞杀伤有关。本研究发现,在UVA的激发下,TiO2可以明显杀伤牛LEC,杀伤效应呈一定的时效和量效关系。虽然UVA对正常LEC有杀伤作用,但加入TiO2后可大大提高杀伤效率。对照组UVA照射30 min杀伤率为29.15%,照射40 min杀伤率为38.75%。而200 ?滋g/ml TiO2组UVA激发30 min杀伤率为54.06%,激发40 min杀伤率就可达到72.14%。我们发现,虽然加入TiO2可以大大增加杀伤效应,但是TiO2作用浓度需达到150 ?滋g/ml,且激发时间超过30 min或浓度达到200 ?滋g/ml,与对照组相比差异才有统计学意义。这是因为TiO2需要有一定的作用浓度及激发时间。有研究表明,其作用效率与其浓度、照射光密度及反应温度有关,而pH值则不影响[10]。我们从DNA琼脂糖凝胶电泳和电镜结果可以推测,光催化剂TiO2微粒附着于晶状体上皮细胞膜上并加以聚集时,细胞通过其内吞作用而将微粒内化进入细胞体内,经UVA激发后在晶状体上皮细胞表面和细胞浆中产生活性氧物质氧化细胞膜,使其破坏而泄露,结果外部物质进入细胞内,使细胞功能单位失活并使DNA链断裂而致细胞死亡。

    我们的研究表明,在UVA的激发下,光催化剂TiO2可以明显杀伤牛LEC,那么也可应用于杀伤白内障术后残留的LEC,有望成为防治PCO的新途径。TiO2微粒具有良好的生物相容性,对人体无害,使其在眼内应用成为可能。有学者在老鼠腹腔内注入含25 mg TiO2的盐溶液,没有观察到异体反应及肿瘤细胞产生[11]。TiO2光催化剂只对靶细胞产生杀伤作用,而不会损伤到周围其他正常细胞。TiO2电极与细胞接触时,一个TiO2微电极在紫外线的照射下仅灭活单个T-24细胞,当电极与细胞表面仅相距10 nm时,细胞就不会被杀死[12]。但其在眼内应用的安全性还需要进一步研究。当然,悬浮相光催化剂有易失活、易凝聚、难分离、利用率低等弊端,而采用催化剂固定技术是解决这一问题的有效途径。我们设想进一步在人工晶状体表面制备TiO2基纳米光催化剂薄膜,并设想通过改变催化剂的组成和结构,调变催化剂对可见光的吸收,从而实现在可见光激发下光催化剂对细胞的生长有破坏作用,但又不对其他组织产生副作用,从而增加其应用的可能性。

【参考文献】
  [1] Apple DJ, Solomon KD, Tetz MR, et al. Posterior capsule opacification[J]. Surv Ophthalmol,1992,37(2):73-116.

[2] Zhang AP, Sun YP. Photocatalytic killing effect of TiO2 nanoparticles on Ls-174-thuman colon carcinoma cells[J]. World J Gastroenterol,2004,10(21):3191-3193.

[3] Kubota Y, Shuin T, Kawasaki C, et al. Photokilling of T-24 human bladder cancer cells with titanium dioxide[J]. Br J Cancer,1994,70(6):1107-1111.

[4] Sakai H, Ito E, Cai RX, et al. Intracellular Ca2+ concentration change of T-24 cell under irradiation in the presence of TiO2 ultrafine particles[J]. Biochim Biophys Acta,1994,1201(2):259-265.

[5] 胡建石,翁景宁,郑志竑. 成年牛晶状体上皮细胞培养、冻存与复苏[J]. 上海实验动物科学,2002,22(4):223-226.

[6] 翁景宁,张惠蓉. PCNA反义寡脱氧核苷酸对牛晶状体上皮细胞体外增殖活性的影响[J]. 眼科研究,2001,19(3):199-201.

[7] 王冰,翁景宁. 腺病毒载体介导的单纯疱疹病毒胸苷激酶基因/丙氧鸟苷体系对晶状体上皮细胞的作用[J]. 中华眼科杂志,2002,38(10):618-622.

[8] Shephard GS, Stockenstrom S, de Villiers D, et al. Degradation of microcystin toxins in a falling film photocatalytic reactor with immobilized titanium dioxide catalyst[J]. Water Res, 2002,36(1):140-146.

[9] Ashikaga T, Wada M, Kobayashi H, et al. Effect of the photocatalytic activity of TiO2 on plasmid DNA[J]. Mutat Res-Gen Tox En,2000,466(1):1-7.

[10] Cho M, Chunq H, Choi W, et al. Linear correlation between inactivation of E. coli and OH radical concentration in TiO2 photocatalytic disinfection[J]. Water Res,2004,38(4):1069-1077.

[11] Stringer B, Imrich A, Kobzik L. Flow cytometric assay of lung macrophage uptake of environmental particulates[J]. Cytometry, 1995,20(1):23-32.

[12] Blake DM, Maness PC, Huang Z, et al. Application of the photocatalytic chemistry of titanium dioxide to disinfection and the killing of cancer cells[J]. Separ Purif Method,1999,28(1):1-50.

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(来源:《眼视光学杂志》2008年4月10卷4期)(责编:zhanghui)

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