活細胞成像下的SiO2-Fe3O4納米協同自噬調控
瀏覽次數:621 發布日期:2024-9-26
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納米技術的快速發展擴大了其應用范圍,并對現代納米系統產生了協同影響。對人類接觸納米材料的安全性進行全面評估已變得越來越重要。除了細胞增殖和凋亡的特征外,自噬的影響對于了解納米材料的影響也至關重要。自噬過程是一個將多余和不必要的物質從細胞中排出并調節 ROS 平衡的過程。自噬的生理平衡可以減少細胞衰老,改善細胞生長和增殖。
在生物醫學領域,氧化鐵(Fe
3O
4)和二氧化硅(SiO
2)是最常見的納米材料,進入細胞后,納米粒子會降解成鐵,并通過改變線粒體相關細胞器的結構誘導活性氧(ROS)的生成。過量的 ROS 會在細胞內產生連鎖反應并引起細胞自噬。
因此,本研究利用 HEK-293 腎細胞來了解Fe
3O
4和SiO
2納米顆粒對細胞自噬的誘導和擾動變化,為疾病治療的輔助療法提供一種臨床策略。
本研究活細胞成像儀監測細胞自噬方法:
使用
Celloger Mini Plus(康和達)進行拍攝。
將LC3轉染細胞以每孔 1 × 10
6 數量種在 6 孔板上并培養24小時。后將培養基更換為含有 50 µg/mL Fe
3O
4、SiO
2 的新培養基、 Fe
3O
4與SiO
2的混合物。之后在 24 小時內每 10 分鐘拍攝一次圖像并生成視頻。
結果:
在本研究中,為了評估自噬調節,生成了 LC3 轉染細胞。通過分析 LC3 的變化,Western blot和 RT-qPCR 證實了自噬的調節作用。結果發現納米顆粒處理后 LC3 的強度增加,表明自噬可能增強(如圖1)。

圖1.使用納米顆粒處理 LC3 的變化
為進一步研究LC3表達及實時變化,本研究利用共聚焦顯微鏡和
活細胞成像儀(康和達,Celloger Mini Plus)來進行觀測。 結果表明,納米粒子處理后觀察到的強烈綠色熒光,表明 LC3 表達增強,證實了自噬體的形成。LC3在 SiO
2 以及Fe
3O
4 和 SiO
2 混合物中表達更高(如圖2)。活細胞監測中的綠色熒光強度從0小時開始增加,超過了陰性對照組的熒光強度(如圖3)。

圖2. Fe3O4、SiO2 及其組合納米粒子中 LC3 標記(綠色)和細胞核(藍色,DAPI)的熒光分析

圖3.納米顆粒處理后 LC3 表達的實時變化。標尺:200 μm
結論:
研究表明SiO
2 和 Fe
3O
4 NPs 影響了自噬體的形成。SiO
2和Fe
3O
4納米粒子在應激誘導下激活了自噬潛能。自噬的持續激活促進了細胞增殖,有助于修復腎臟損傷。這一發現證明了一種新的自噬調節途徑。

圖4.Fe3O4 和 SiO2 NPs 誘導的自噬機制示意圖
自噬在控制細胞行為方面發揮著重要作用。細胞內自噬水平過高或過低都會促進細胞衰老、抑制細胞生長并促使細胞凋亡。本研究中應用活細胞成像儀(康和達,Celloger® Mini Plus)研究細胞自噬,這種技術的特點是低光毒性與低干擾,能夠實現長時間監測與自動化分析,為研究人員提供準確的實驗數據以及大大減輕了研究人員的工作負擔。