琼脂糖凝胶电泳结果
近年来纳米技术的飞速发展使纳米材料成为具有极大潜力的生物材料. 特别是, 由于纳米粒子所具有的特殊的物理性质使之广泛地应用到了各个领域,如诊断、药物输送、组织工程、传感等. 纳米科技正经历全球大规模的发展, 依赖纳米技术的消费产品也正在逐步上升. 金纳米粒子(Au NPs)又称胶体金, 具有独特的物理性质和生物相容性. 金纳米粒子同样展现出了独特的表面特性, 如表面形态, 表面化学和表面能. 金纳米粒子在生物领域, 如生物传感器、药物载体、癌症诊断和基因治疗等方面也展现了其多样性的特点.
虽然纳米技术给人类带来了广泛的好处, 但是其对人类健康潜在影响的研究也随之出现. 由于其独特的粒径, 纳米粒子能够通过多种途径进入人体. 研究表明, 多数的纳米粒子(如硅纳米粒子、氧化铁纳米粒子、铝纳米粒子等)能够通过肺部而迅速转移到其他重要器官中, 包括血液、肝、脾、肾、睾丸、胸腺、心、肺、脑、骨髓.
人体的骨量依赖成骨细胞和破骨细胞之间的动态平衡. 成骨细胞源于骨髓基质细胞, 能够合成和矿化骨胶原和细胞外基质; 而破骨细胞源于骨髓造血细胞, 参与旧骨的吸收. 成骨细胞和破骨细胞之间的平衡一旦打破会导致骨代谢性疾病, 如石骨症、骨质疏松症和炎性骨侵蚀. 尽管金纳米粒子广泛应用于生物领域, 但其对骨结构和功能的影响却不是很清楚.
骨是一种由软凝胶蛋白和无机分子(羟基磷灰石,HA)组成的纳米复合材料. 考虑到70％的骨基质是由纳米晶体结构的羟基磷灰石组成的, 其通常为10~50 nm 长和10 nm厚.
基于此, 为进一步阐明金纳米粒子是否以及如何影响骨的结构和功能, 河北大学化学与环境科学学院, 张金超等人研究了金纳米粒子(Au NPs)对成骨细胞系MC3T3-E1的增殖、分化及矿化功能的影响.结果表明, 浓度为1.5×10−4,3.0×10−5, 1.5×10−5μmol·L−1的20和40 nm金纳米粒子均促进MC3T3-E1细胞的增殖、分化及其矿化功能, 呈现出了剂量和时间的依赖关系. 逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)结果表明, 20和40 nm的金纳米粒子促使runt相关转录因子2(Runx2)、骨形成蛋白2(BMP-2)、碱性磷酸酶(ALP)和骨钙素(OCN)基因的表达上调, 而且表达量高于加NaF的阳性对照组. 研究结果显示, 金纳米粒子能够促进MC3T3-E1细胞的成骨分化及其矿化功能. 而且, 不同粒径的金纳米粒子对MC3T3-E1细胞的增殖、成骨分化及其矿化功能的影响有所不同.Runx2, BMP-2, ALP和OCN 4种基因之间相互影响, 从而刺激了MC3T3-E1细胞的成骨分化.