基于微電極陣列神經(jīng)芯片研究納米材料對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)電活動的改變

目前，納米材料在工業(yè)及日常生活中被廣泛應(yīng)用，但是關(guān)于其對健康的影響卻知之甚少，因此，對于納米材料毒性的研究極為重要。許多研究都表明直徑小于100 nm的納米材料可以被傳輸?shù)缴窠?jīng)系統(tǒng)，但是關(guān)于納米材料對神經(jīng)元電活動的影響卻少見報道。

本研究利用微電極陣列神經(jīng)芯片技術(shù)，在微電極陣列表面原代培養(yǎng)鼠皮層神經(jīng)元，進(jìn)而檢測納米炭（carbon black, CB）、納米氧化鐵（Fe2O3）和納米二氧化鈦（TiO2）對皮層神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)電生理活動的影響。通過透射電鏡（transmission elec?tron microscopy,TEM）和光柵掃描電鏡（raster scanning elec?tron microscopy,REM）研究神經(jīng)元對納米材料的攝入情況，同時，利用流式細(xì)胞儀技術(shù)檢測活性氧簇（reactive oxygen spe?cies,ROS）在胞內(nèi)聚集程度。結(jié)果表明，納米材料可以引起神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)電活動的改變，3種納米材料均呈濃度依賴性地抑制神經(jīng)元放電，而納米TiO2的抑制作用最明顯。同時，神經(jīng)元動作電位的數(shù)目及發(fā)放頻率均明顯減少，而納米材料種類的不同，引起的改變也不一樣。此外，REM檢測發(fā)現(xiàn)納米材料附著于細(xì)胞表面，TEM檢測結(jié)果也表明納米材料被神經(jīng)細(xì)胞攝入，沉積于細(xì)胞內(nèi)。納米TiO2與細(xì)胞共培養(yǎng)24 h可以引起神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的胞內(nèi)ROS聚集，而低濃度的納米CB和Fe2O3卻不會引起自由基水平的明顯改變。

本研究結(jié)果表明，較低濃度的納米材料即可通過干擾神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電活動產(chǎn)生神經(jīng)毒性作用，其具體的作用機制與納米材料的種類有關(guān)。