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目的通过对金磁微粒(GoldMag)物理化学性能进行表征,系列浓度GoldMag标记人脐静脉血管内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells, HUVECs),检测细胞标记率、增殖活性、骨架改变、迁移能力,研究GoldMag对HUVECs生物学活性的影响。GoldMag纳米粒及GoldMag标记HUVECs磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI),分析不同浓度GoldMag及标记HUVECs溶液MRI信号变化规律和特点,为后期以GoldMag纳米粒为载体构建MR分子探针进而对肿瘤血管进行靶向分子成像提供一定的实验基础和理论依据。材料和方法GoldMag纳米粒物理化学性能表征:(1)透射电子显微镜观察纳米粒的形态,测量其粒径及粒径分布。(2)用PBS溶液将GoldMag纳米粒溶液稀释到20μg/mL和40μg/mL,DU800UV/VIS分光光度计分别测量GoldMag纳米粒溶液的全波长吸收光谱。(3)DU800UV/VIS分光光度计长时间动态测量浓度为80μg/mL GoldMag纳米粒溶液在544nm波长处的吸光度值,评价GoldMag纳米粒在PBS溶液中的悬浮稳定性。(4)Zeta激光粒度分析仪测量GoldMag纳米粒溶液的Zeta电位。GoldMag纳米粒标记HUVECs及标记细胞活性检测:(1)酶消化法原代分离HUVECs并对其进行传代培养。(2)采用间接免疫荧光染色对分离的HUVECs进行鉴定,并用流式细胞仪通过直接染色法对其纯度进行检测。(3)0μg/mL、1μg/mL、2.5μg/mL、5μg/mL、10μg/mL、25μg/mL、50μg/mL、100μg/mL系列浓度GoldMag纳米粒溶液与HUVECs共孵育2、4、8、12、24和48h,对标记细胞进行普鲁士蓝染色,观察纳米粒对细胞的标记情况并计算不同标记时间、不同标记浓度对细胞的标记率。(4)CCK-8细胞增殖试剂盒检测系列浓度GoldMag纳米粒溶液标记对HUVECs增殖活性的影响。(5)透射电子显微镜观察GoldMag纳米粒在HUVECs细胞内的标记和分布情况。(6)带FITC荧光标记的鬼笔环肽对GoldMag纳米粒标记HUVECs进行标记,激光共聚焦显微镜观察其细胞骨架的变化。(7)Transwell法、台盼蓝染色法分别观察GoldMag纳米粒标记对HUVECs迁移能力及细胞活性的影响。GoldMag纳米粒及标记HUVECs细胞体外MR成像:(1)对0μg/mL、1μg/mL、2.5μg/mL、5μg/mL、7.5μg/mL、10μg/mL、25μg/mL、50μg/mL、75μg/mL、100μg/mL、150μg/mL、200μg/mL系列浓度的GoldMag纳米粒凝胶溶液进行MR成像检查,脉冲序列和参数为FSE T1WI、FSE T2WI、GRE T2*WI、T1mapping、T2mapping,观察不同浓度GoldMag纳米粒的信号变化特点,并测量GoldMag纳米粒的T1和T2弛豫时间(。2)对0μg/mL、1μg/mL、2.5μg/mL、5μg/mL、10μg/mL、25μg/mL、50μg/mL、100μg/mL系列浓度GoldMag纳米粒标记HUVECs凝胶溶液进行MR成像,脉冲序列及参数同前,观察各组细胞溶液的MR信号变化。结果GoldMag纳米粒物理化学性能表征:(1)GoldMag纳米粒形态规则,呈圆形或类圆形,粒径分布较为集中。随机选取100个纳米粒测量其直径,经计算得到GoldMag纳米粒的平均粒径为49.06±5.24nm。(2)40μg/mL和20μg/mL的GoldMag纳米粒溶液均在544nm波长处出现一个小的吸收峰,其吸光度分别为0.1582和0.1206;波长相同时,40μg/mL较20μg/mL GoldMag纳米粒溶液的吸光度高。(3)随着时间的延长,GoldMag纳米粒溶液在544nm波长处的吸光度逐渐降低,约4h后其吸光度值趋于稳定。GoldMag-PBS分散系具有一定的悬浮稳定性,但不是非常稳定。(4)GoldMag-PBS分散系的Zeta电位为-18.3±3.2mV。GoldMag纳米粒标记HUVECs及标记细胞生物活性检测:(1)经0.1%(w/v)Ⅰ型胶原酶消化分离得到大量细胞,细胞贴壁生长,排列整齐,生长状态良好,梭形,呈典型铺路石样。(2)间接免疫荧光染色显示分离细胞即为HUVECs,流式细胞仪对分离细胞的计数结果显示分离细胞的纯度为83.08%。(3)普鲁士蓝染色显示随着标记时间、标记浓度的增加,HUVECs的标记率逐渐升高。(4)CCK-8对标记细胞进行增殖活性检测显示,GoldMag纳米粒溶液浓度≤25μg/mL时,HUVECs的增殖活性影响不大;但浓度逐渐升高时,标记细胞的增殖活性出现明显下降。(5)透射电子显微镜下见标记HUVECs呈椭圆形、梭形或者不规则多边形,细胞结构完整,进入细胞的GoldMag纳米粒HUVECs包裹在囊状的吞噬小泡内。(6)激光共聚焦显微镜对标记HUVECs进行观察可见,当GoldMag纳米粒溶液浓度≤25μg/mL时,细胞骨架无显著改变,细胞骨架清晰、顺畅、纹路分明地分布在细胞中;随着GoldMag纳米粒溶液浓度的进一步增高,细胞骨架开始断裂、收缩、排列紊乱,骨架的排列明显变稀疏。(7)细胞迁移实验显示,当GoldMag纳米粒溶液浓度≤25μg/mL时,HUVECs的迁移能力几乎不受影响;而当GoldMag纳米粒浓度逐渐升高时,细胞的迁移活性受到明显影响,迁移至Transwell小室膜下的细胞数显著减少。GoldMag纳米粒及标记HUVECs体外MR成像:(1)GoldMag纳米粒凝胶溶液MR成像,在T1WI图像上,纳米粒溶液的信号强度随着纳米粒浓度的增高而呈现一种先轻微升高,而后明显下降的变化趋势;在T2WI和T2*WI图像上,纳米粒溶液的信号强度随着浓度的增高而明显下降;随着GoldMag纳米粒浓度的逐渐增高,其凝胶溶液的T1、T2弛豫时间都出现明显的缩短,T2弛豫效能r2为0.51(μg/mL)-1s-1。(2)标记HUVECs体外MR成像,随着GoldMag纳米粒浓度的增高,细胞标记率逐渐增高,在FSE T2WI、GRE T2*WI图像上的信号强度逐渐降低,同时通过T2mapping成像可知,当GoldMag纳米粒浓度为100μg/mL时,其T2弛豫时间为19.68ms。结论(1)GoldMag是一种多功能复合型纳米颗粒,呈圆形或类圆形,粒径分布均匀,平均粒径为49.06±5.24nm。在PBS分散系中,GoldMag纳米粒具有一定的悬浮稳定性,但长时间的静置会导致GoldMag纳米粒逐渐聚集、沉淀。(2)GoldMag能对HUVECs进行体外标记,标记率呈浓度、时间依耐性,即随着标记浓度的增高、标记时间的延长,标记阳性率也随之升高。(3)低浓度GoldMag纳米粒溶液(≤25μg/mL)对HUVECs的增殖活性、细胞骨架、细胞活性和迁移能力的影响不显著,表现出较低的生物学毒性;当浓度逐渐升高时,GoldMag纳米粒对HUVECs的增殖活性、细胞骨架改变、细胞活性和迁移能力都有一定的影响。(4)GoldMag纳米粒具有较强的弛豫效能,低浓度溶液即能引起显著的MR信号改变,能够满足体外磁共振成像的要求。随着GoldMag纳米粒浓度的增高,其对HUVECs的标记效率不断增高,在T2WI和T2*WI图像上的信号改变也越来越显著。(5)GoldMag纳米粒溶液能在对细胞安全的浓度范围内对HUVECs进行高效率标记,引起足够的MRI信号改变,证明GoldMag能作为MRI分子成像靶向分子探针的载体进一步用于以后的研究中。