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碳纳米材料作为纳米材料中极其重要的一类,目前主要有碳纳米管、纳米级碳球、碳纳米纤维素和石墨烯几种。因碳纳米材料本身优越的生物兼容性,使其在医药卫生、生物医学等领域具有广阔应用前景。目前,氧化石墨烯（Graphene oxide,GO）和单壁碳纳米管（Single-walled carbon nanotubes,SWNTs）作为当今兴起的一类碳纳米材料的衍生物,因此也成为了各国科研人士研究的焦点。随着SWNTs和GO被广泛的应用于各个领域,它的潜在生物毒性越来越受到人们的关注,研究人员从动物、细胞和分子水平上对其生物毒性进行了大量的实验研究。由于SWNTs和GO属于超细微颗粒,给药方式均以静脉注射为主。大量研究表明,SWNTs进入血液循环系统以后,主要积聚于肝、肾和肺。然而其对心脏的毒性作用及其机制的相关研究较少且不明确。因此,我们选择羧基化单壁碳纳米管（carboxylated single-walled carbon nanotubes,C-SWNTs）和GO作为研究对象,以SD大鼠作为受试动物,通过尾静脉注射C-SWNTs和GO至大鼠体内,选择性钙池操控的钙内流(Store-Operated Ca2+Entry,SOCE)阻滞剂YM,初步研究静脉注射的C-SWNTs和GO对心脏的毒性及其机制作用,进一步为C-SWNTs的生物医学应用提供毒性依据。目的:1.评价通过尾静脉注射C-SWNTs和GO对SD大鼠血压及心功能影响。2.借助透射电镜观察心脏的超微结构的改变,通过病理切片评价心脏的病变情况。3.基于钙离子信号通路初步探讨碳纳米材料对大鼠心功能的影响机制。方法:1.C-SWNTs和GO动物实验前表征:利用透射电子显微镜（TEM）观测和测定C-SWNTS的形貌大小,通过激光镊子拉曼光谱仪（LTRS）检测C-SWNTs和GO的表面基团;以电感耦合等离子体-质谱仪（ICP-MS）)检测C-SWNTs和GO分散液中的金属含量,以紫外-可见分光光度计（UV-Vis）测定C-SWNTs的浓度。2.实验分组和周期设定:选用健康6周龄的雌、雄性SD大鼠各50只,共100只,随机分为5组,即空白对照组、C-SWNTs实验组、GO实验组、C-SWNTs+YM实验组和GO+YM实验组,每组雌雄各半。设定7 days和30 days 2个给药周期,每个给药周期结束时,每组随机抽取10只大鼠,均为雌雄各半,共50只,进入下一步的尾动脉压测量、左室压、心脏彩超和解剖实验,制备样本。3.评价C-SWNTs和GO对SD大鼠血压及心功能影响:用无创尾动脉测压仪和心脏彩超测量观察血压、血流速度、左心功能变化。4.观察心脏超微结构和病理形态的改变:通过TEM观察C-SWNTs和GO对SD大鼠对心脏超微结构的改变;采用苏木素-伊红染色法（HE染色法）评价C-SWNTs和GO对SD大鼠心脏的病理变化。5.基于钙信号通路C-SWNTs和GO对心脏的机制研究:利用蛋白质印迹法Western Blotting评价C-SWNTs和GO对心脏钙信号通路相关蛋白（STIM1、Orai-1、ERK1/2）的表达情况。结果:1.C-SWNTs经纯化后,C-SWNTs与GO在水中具有较好的分散性,TEM观测和表明,C-SWNTs和GO的粒径分布比较均一,团聚较少;C-SWNTs和GO的IG/ID值分别为0.78、1.2。ICP-MS测试结果表明用于动物实验的C-SWNTs和GO样品中的Fe、Co、Al、Cr、Cu、Ni等金属含量均较低。2.大鼠通过尾静脉注射葡萄糖分散C-SWNTs和GO葡萄糖分散液后,引起大鼠尾动脉高压而YM能有效降低其引起的尾动脉高压;经心脏彩超发现C-SWNTs和GO能致大鼠左心室收缩功能减退,加快肺主动脉瓣口最大血流速度;通过MAP心功能仪检测,C-SWNTs和GO能引起大鼠左心室压升高,同样YM能降低其引起左心室高压,并随给药周期增加而加剧,呈周期依赖性。3.大鼠心脏切片的TEM结果表明,空白对照组细胞核仁明显,细胞器丰富,边缘清晰,肌丝结构清晰,排列整齐,线粒体均匀分布在肌丝两侧,毛细血管网结构完整,无明显病变;而C-SWNTs组和GO组细胞核固缩,形状不规则,核膜褶皱,细胞内线粒体数量增多,结构受损,胞浆区出现大量空泡,细胞间和毛细血管内可见C-SWNTS和GO,毛细血管壁增厚,此外还观察到30 days C-SWNTs组的肌丝结构模糊变成不定型,闰盘具团成块。大鼠心脏切片经HE染色在光学显微镜下观察可见C-SWNTs和GO给药组汇管区血管内周围有大量炎症细胞浸润,并伴随纤维化血管壁增厚,致血管狭窄,并随给药周期增加而加剧,呈周期依赖性。4.Western Blotting结果表明,心脏钙信号通路相关蛋白（STIM1、Orai-1、）和ERK1/2的表达显著上调。结论:1.C-SWNTs和GO对大鼠具心脏毒性作用,引起大鼠血压升高和心功能不全,加快肺动脉瓣口和主动脉瓣口血流速度。2.YM能有效的作用于C-SWNTs和GO引起的高血压心功能和血流速度异常,其机制与抑制钙信号通路中STIM1、Orai-1蛋白和ERK1/2蛋白表达有关。