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活细胞成像下的SiO2-Fe3O4纳米协同自噬调控

2024-09-26     来源:本站     点击次数:858

    纳米技术的快速发展扩大了其应用范围,并对现代纳米系统产生了协同影响。对人类接触纳米材料的安全性进行全面评估已变得越来越重要。除了细胞增殖和凋亡的特征外,自噬的影响对于了解纳米材料的影响也至关重要。自噬过程是一个将多余和不必要的物质从细胞中排出并调节 ROS 平衡的过程。自噬的生理平衡可以减少细胞衰老,改善细胞生长和增殖。
    在生物医学领域,氧化铁(Fe3O4)和二氧化硅(SiO2)是最常见的纳米材料,进入细胞后,纳米粒子会降解成铁,并通过改变线粒体相关细胞器的结构诱导活性氧(ROS)的生成。过量的 ROS 会在细胞内产生连锁反应并引起细胞自噬。
    因此,本研究利用 HEK-293 肾细胞来了解Fe3O4和SiO2纳米颗粒对细胞自噬的诱导和扰动变化,为疾病治疗的辅助疗法提供一种临床策略。

本研究活细胞成像仪监测细胞自噬方法:
使用 Celloger Mini Plus(康和达)进行拍摄。
    将LC3转染细胞以每孔 1 × 106 数量种在 6 孔板上并培养24小时。后将培养基更换为含有 50 µg/mL Fe3O4、SiO2 的新培养基、 Fe3O4SiO2的混合物。之后在 24 小时内每 10 分钟拍摄一次图像并生成视频。
结果:
    在本研究中,为了评估自噬调节,生成了 LC3 转染细胞。通过分析 LC3 的变化,Western blot和 RT-qPCR 证实了自噬的调节作用。结果发现纳米颗粒处理后 LC3 的强度增加,表明自噬可能增强(如图1)。

图1.使用纳米颗粒处理 LC3 的变化
 
    为进一步研究LC3表达及实时变化,本研究利用共聚焦显微镜和活细胞成像仪(康和达,Celloger Mini Plus)来进行观测。 结果表明,纳米粒子处理后观察到的强烈绿色荧光,表明 LC3 表达增强,证实了自噬体的形成。LC3在 SiO2 以及Fe3O4 和 SiO2 混合物中表达更高(如图2)。活细胞监测中的绿色荧光强度从0小时开始增加,超过了阴性对照组的荧光强度(如图3)。

图2. Fe3O4、SiO2 及其组合纳米粒子中 LC3 标记(绿色)和细胞核(蓝色,DAPI)的荧光分析

图3.纳米颗粒处理后 LC3 表达的实时变化。标尺:200 μm
结论:
    研究表明SiO2 和 Fe3O4 NPs 影响了自噬体的形成。SiO2和Fe3O4纳米粒子在应激诱导下激活了自噬潜能。自噬的持续激活促进了细胞增殖,有助于修复肾脏损伤。这一发现证明了一种新的自噬调节途径。

图4.Fe3O4 和 SiO2 NPs 诱导的自噬机制示意图
 
    自噬在控制细胞行为方面发挥着重要作用。细胞内自噬水平过高或过低都会促进细胞衰老、抑制细胞生长并促使细胞凋亡。本研究中应用活细胞成像仪(康和达,Celloger® Mini Plus)研究细胞自噬,这种技术的特点是低光毒性与低干扰,能够实现长时间监测与自动化分析,为研究人员提供准确的实验数据以及大大减轻了研究人员的工作负担。
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