多壁碳納米管對(duì)大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元興奮性及突觸傳遞的影響.pdf

1、碳納米管是由碳原子形成的石墨烯片層卷成的無(wú)縫圓柱型管體。按照石墨烯片的層數(shù)可以分為單壁和多壁兩種。碳納米管具有非比尋常的物理和化學(xué)特性，因此被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。人們?cè)诠ぷ骱蜕钪薪佑|到這種納米材料的機(jī)會(huì)也越來(lái)越多，而有關(guān)其生物安全性的研究并未深入與成熟。碳納米管可以通過(guò)皮膚、呼吸道和消化道進(jìn)入人體內(nèi)，目前關(guān)于其毒性研究主要集中在其對(duì)肺、肝臟、腎等器官的損害上，主要表現(xiàn)在能夠引發(fā)肺上皮巨噬細(xì)胞肉芽腫以及肺部炎癥，肝臟損傷等，已有文獻(xiàn)指

2、出碳納米管對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞的毒性大于石英和石棉。而碳納米管也被指出會(huì)引起DNA或染色體水平上的損傷。
　　碳納米管由于其納米級(jí)別的尺寸可以順利地越過(guò)血腦屏障進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，同時(shí)它也可以通過(guò)嗅球小膠質(zhì)細(xì)胞調(diào)節(jié)繞過(guò)血腦屏障直接進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，有關(guān)其對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的作用研究較少且說(shuō)法不一。已有的文獻(xiàn)指出碳納米管能夠促進(jìn)神經(jīng)突起和神經(jīng)元的生長(zhǎng)和分化，但也不乏認(rèn)為其具有神經(jīng)毒性的文獻(xiàn)，如碳納米管增加C6大鼠膠質(zhì)瘤細(xì)胞氧化應(yīng)激水平，引發(fā)細(xì)胞凋亡

3、;碳納米管抑制PC12細(xì)胞鉀通道特性等。本實(shí)驗(yàn)室先前的研究證明多種納米材料，如納米銀、納米氧化銅、納米氧化鋅等，均對(duì)幼年大鼠具有一定的神經(jīng)毒性。而眾所周知，哺乳動(dòng)物胎兒期和嬰幼兒期是大腦發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期。因此本文針對(duì)多壁碳納米管對(duì)幼鼠大腦海馬錐體神經(jīng)元的毒性作用，檢測(cè)這種納米材料是否改變了神經(jīng)元的興奮性以及其作用機(jī)制的探討，進(jìn)而延伸探討多壁碳納米管對(duì)CA1區(qū)興奮性谷氨酸能突觸傳遞的影響。
　　實(shí)驗(yàn)選用14-16天Wistar大鼠幼鼠

4、，制備離體海馬腦片，采用全細(xì)胞膜片鉗技術(shù)記錄不同濃度多壁碳納米管的作用下大鼠海馬CA1區(qū)錐體神經(jīng)元電生理特性的變化。實(shí)驗(yàn)主要包括兩部分:(1)采用電流鉗方法檢測(cè)多壁碳納米管對(duì)神經(jīng)元興奮性的影響，即記錄誘發(fā)動(dòng)作電位。探究其改變機(jī)制，即用電壓鉗法檢測(cè)多壁碳納米管對(duì)神經(jīng)元電壓門控鉀通道的影響。(2)采用電壓鉗的方法觀察多壁碳納米管對(duì)興奮性谷氨酸能突觸傳遞的影響，包括記錄自發(fā)興奮性突觸后電流(sEPSC)和微小興奮性突觸后電流(mEPSC)。進(jìn)

5、而通過(guò)記錄誘發(fā)興奮性突觸后電流(eEPSC)觀察多壁碳納米管對(duì)CA3-CA1突觸通路的影響，并記錄雙脈沖比來(lái)探究其可能的突觸前機(jī)制。
　　主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
　　(1)多壁碳納米管對(duì)大鼠海馬錐體神經(jīng)元誘發(fā)動(dòng)作電位的影響:多壁碳納米管增加了誘發(fā)動(dòng)作電位的放電頻率和半峰寬，提示這種納米材料提高了神經(jīng)元興奮性。
　　(2)多壁碳納米管對(duì)CA1區(qū)錐體神經(jīng)元電壓門控鉀通道的影響:多壁碳納米管以濃度依賴方式降低IA和IK的幅值，且

6、具有電壓依賴性和時(shí)間依賴性。只有在高濃度(400μg/ml)的多壁碳納米管作用下，IA和IK激活曲線發(fā)生左移，以及IA失活曲線左移。對(duì)IA失活后恢復(fù)動(dòng)力學(xué)無(wú)顯著變化。
　　(3)多壁碳納米管對(duì)CA1區(qū)興奮性谷氨酸能突觸傳遞的影響:多壁碳納米管顯著減小了sEPSC和mEPSC的幅值，降低了mEPSC的頻率，但是增加了sEPSC的頻率。這說(shuō)明多壁碳納米管顯著影響了興奮性谷氨酸能突觸傳遞。
　　(4)多壁碳納米管對(duì)CA3-CA1神

7、經(jīng)通路興奮性谷氨酸能突觸傳遞的影響:eEPSC幅值明顯降低，而對(duì)雙脈沖比值沒(méi)有顯著影響，但是有增加的趨勢(shì)。
　　根據(jù)以上結(jié)果，我們得到以下結(jié)論:多壁碳納米管通過(guò)增加放電頻率和半峰寬提高了神經(jīng)元的興奮性。多壁碳納米管對(duì)電壓門控鉀通道有抑制作用，改變了電壓門控鉀通道激活和失活動(dòng)力學(xué)特性可能是神經(jīng)元興奮性增加的原因。而以上這些變化常見于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的早期，是神經(jīng)功能障礙的發(fā)生機(jī)制之一。此外，多壁碳納米管顯著影響了谷氨酸能突觸傳遞，包括改