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TiO2纳米薄膜影响晶状体上皮细胞和巨噬细胞生长的体外研究

http://www.cnophol.com 2009-8-28 9:57:16 中华眼科在线

    2.2细胞存活量  镀TiO2纳米薄膜的玻片经距离20cm的光源激发达40min时,表面细胞量与对照玻片表面的细胞量有显著性差异(晶状体上皮细胞t40min=19.589 ,巨噬细胞t40min=3.912,P<0.01),而当镀膜玻片被距离5cm的光源激发超过30min时,表面的晶状体上皮细胞量就明显低于对照玻片表面的细胞水平(晶状体上皮细胞t30min=6.217,巨噬细胞t30min=5.619,P<0.01)。随着光源照射时间的延长,镀膜玻片表面细胞量逐渐减少,且5cm远的光源较20cm远的光源更能激发TiO2纳米薄膜对晶状体上皮细胞的生长抑制作用。另外,当用5cm远的光源照射未镀膜玻片时,其表面细胞量在不同的照射时间组有统计学差异(P<0.05),而以20cm远的光源照射未镀膜玻片时,其表面的存活细胞量在各时间组则不出现明显差别(P>0.05,表1)。

    3讨论

    白内障摘除及IOL植入术可引起血房水屏障破坏,启动眼内的免疫排斥和组织再生修复机制,这些均可导致眼内反应。而晶状体上皮细胞和巨噬细胞是术后人工晶状体表面分布广泛而生长活跃的两种细胞。晶状体上皮细胞具有增殖、移行并分泌胶原和细胞外基质的能力,最终可发展成为后发性白内障、后囊膜皱缩和人工晶状体移位[10]。而巨噬细胞具有吞噬和呈递抗原的作用,还能产生和分泌大量花生四烯酸和毒性氢物质,诱导炎性细胞趋化,增加血管通透性。可能导致细胞前膜、虹膜后粘连、瞳孔变形等并发症[11]。因此,晶状体上皮细胞和巨噬细胞是人工晶状体表面细胞反应的两种关键的黏附细胞。

    TiO2是一种光催化剂,当光源(波长<390nm)照射到TiO2薄膜上时,形成光生电子空穴对。表面的水分子被光生空穴氧化,水中的溶解氧被光生电子还原,生成OH·,H2O2,HO2·等活性氧物质,继发氧化还原反应[12]。既往有报道,TiO2对U937 白血病细胞、BGC2823胃癌细胞、Bel27402肝癌等均有杀伤作用[13,14]。尽管这一现象产生的

    图1镀膜和玻片经光源激发条件下表面黏附的晶状体上皮细胞AOEB(×100)  A1A3镀膜玻片表面的晶状体上皮细胞形态;B1B3未镀膜玻片表面的晶状体上皮细胞形态;A1,B1无光源激发条件下的细胞形态;A2,B2光源激发30min条件下的细胞形态;A3,B3光源激发40min条件下的细胞形态

    图2镀膜和未镀膜玻片经光源激发条件下表面黏附的巨噬细胞形态(SEM×5000)  A1A3镀膜玻片表面的巨噬细胞形态;B1B3未镀膜玻片表面的巨噬细胞形态;A1,B1无光源激发条件下的细胞形态;A2,B2光源激发40min时表面的细胞形态;A3,B3镀膜玻片经光源激发40min时表面的蛋白膜残骸表1经光源激发后镀膜和未镀膜玻片表面的晶状体上皮和巨噬细胞量比较

    原理还不明确,但大多数研究表明:TiO2主要的攻击目标是细胞膜和内膜系统。TiO2经光激发后生成的活性氧物质很容易与生物大分子反应,直接损害或通过一系列过氧化链式反应而引起广泛的生物结构的破坏,导致贴壁细胞氧化压迫凋亡或受激坏死[15]。我们也观察到TiO2纳米薄膜对其表面的晶状体上皮细胞和巨噬细胞均有损伤的作用。当镀膜玻片被20cm远的光源(0.102mW/cm2)照射40min,或5cm远的光源(0.825mW/cm2)照射30min以上时间后,均能产生抑制表面细胞存活量的作用。同时受激发的TiO2纳米薄膜上的细胞还出现损伤的形态。当镀膜玻片经激发光源照射30min后,表面大量的晶状体上皮细胞呈现染色质致密浓染的黄绿色荧光及凋亡小体等凋亡细胞的形态学特征,当照射时间达40min后,晶状体上皮细胞几乎全部呈现坏死细胞的橘红色荧光,而表面的巨噬细胞出现大量的泡样小突起,细胞膜破裂暴露出内容物,细胞完全崩解。TiO2纳米薄膜在光源的激发下还有一定的“自清洁作用”,当激发时间达40min时镀膜玻片表面的蛋白膜状物仅剩残骸状。上述的研究证实了TiO2纳米薄膜对晶状体上皮细胞和巨噬细胞甚至是细胞形成的蛋白膜,能发生光催化氧化反应,对其作用的生物结构产生彻底的清除。

    TiO2纳米薄膜的光催化杀伤效应必须以特定波长(波长<390nm)的光源激发照射为前提,并且和激发光源的强度和照射时间有量效关系。本实验中随着光源照射时间的延长,镀膜玻片表面的晶状体上皮细胞和巨噬细胞量逐渐减少,且0.825mW/cm2的UVA光源较0.102mW/cm2的UVA光源更能激发TiO2纳米薄膜对细胞的生长抑制作用。然而这种光源中含有可能损伤正常细胞的UVA光谱成分。当用0.825mW/cm2的UVA光源照射未镀膜玻片时,其表面的晶状体上皮细胞和巨噬细胞量在不同的照射时间组有统计学差异(P<0.05),而光强较小的0.102mW/cm2的UVA光源则没有出现这种变化趋势。这提示我们:尽管光强越大,光催化活性越强。但为了提高光催化杀伤效应的特异性,光源应选择适当的光强,避免激发光谱本身的致伤作用。而强度较小的光源可以通过增大光照时间达到类似的TiO2纳米薄膜激发作用,而对正常细胞产生较小的损伤。另外目前已有大量研究通过在纳米TiO2中掺杂不同价态的金属离子,使TiO2薄膜的激发光谱红移。这为将来TiO2薄膜在可见光下发挥催化效能提供了必要的前提[16]。

    【参考文献】

    1 Fujishima A, Tata NR, Donald AT. Titanium dioxide photocatalysis Journal of Photochemistry and Photobioligy C. Photochem Rev2000;1(1):121

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    3张爱平,孙彦平,梁镇海,等. TiO2薄膜表面分形结构对光催化氧化杀伤胃癌细胞的影响.稀有金属材料与工程 2005;34(2):279282

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    9王桂琴,孙惠敏,袁佳琴,等.表面修饰人工晶状体生物相容性的研究.透析与人工器官 1998;9(1):3034

    10 Saika S. Relationship between posterior capsule opacification and intraocular lens biocompatibility. Prog Retinal Eye Res2004;23:283305

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(来源:互联网)(责编:xhhdm)

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