多视角评价细胞吞噬纳米颗粒及其生物毒性效应

金属氧化物纳米颗粒（Metal oxide nanoparticles,MONPs）一直被用作常规化学反应以及电化学反应中的催化剂，近年来这些 NPs 的固有催化活性开始被用于生物医学应用，例如促进细胞生化反应、诱导靶标生物分子和促进蛋白质折叠，在这个过程中，NPs 对细胞的生物毒性是必须要考虑的，因此如何多角度的评价纳米颗粒的毒性就成为了相关科学家感兴趣的方向。

有研究者构建了一种全新的具有高催化活性的铁掺杂氧化钴纳米颗粒（Fe@ZrO2 NPs），为了考察该纳米颗粒是否存在细胞毒性，研究者以三种类型的人体细胞开展毒理实验，这三种细胞分别来源于可能受NPs影响最大的身体部位（皮肤、肺和肾脏）；结果显示，高催化活性的 Fe@ZrO2 NPs 无显著毒性作用。

NPs 被细胞摄取，并富集到细胞中

箭头指示胞内 NPs 的富集情况

明场和荧光成像结果显示：三种 NPs 均可以被 A431 细胞吞噬，并富集在细胞中，箭头所指即为纳米颗粒所在位置。NPs 的摄入并未影响细胞形态；整个吞噬过程可被 Lionheart 活细胞成像系统捕获。

流式细胞术定量

细胞中被吞噬的纳米颗粒

基于活细胞成像结果可以看到 NPs 被细胞吞噬；为了进一步确认细胞吞噬效果，并对 NPs 定量，不同 Fe@ZrO2 NPs 变体和 A549 细胞共培养 24 h 后，运用流式细胞仪检测。FSC 参数指示细胞大小，SSC 参数指示细胞内复杂程度，以 FSC 和 SSC 两个参数指示实验结果。

流式细胞术分析胞内 NPs，

a） 三种细胞胞内 NPs 增加；

b） 增大 NPs 浓度会导致胞内 NPs 浓度增大

NPs 不影响细胞增殖，细胞

吞噬 NPs 后，细胞活力无显著下降

细胞吞噬外源物质 NPs 后有何响应？细胞活力是否发生改变呢？为了进一步验证 NPs 的生物毒性，研究者设计了两步实验：HEK 293T 细胞与 Fe@ZrO2 NP 变体共培养，1-通过细胞成像实时监测细胞数量变化，2-通过MTT 检测细胞活力。

NPs 与细胞共培养，HEK 293T 细胞增殖不受影响；

三种靶细胞活力无明显下降

结果显示，与单独的 293T 细胞组相比，共培养组细胞的增殖并未受到明显影响；不管是高浓度组还是低浓度组 NPs，MTT 检测结果显示，细胞活力均能达到对照组 80% 以上水平。以上结果说明 Fe@ZrO2 NPs 无明显生物毒性。

后续研究者继续测试了 Fe@ZrO2NPs 的催化活性。

总结

纳米颗粒在生物医药领域具有广阔的应用前景和开发潜力，其生物毒性也愈发受到重视。研究者创新性的使用活细胞成像设备与流式细胞仪从两个角度评价纳米颗粒的细胞摄入，通过细胞增殖与细胞活力等表型评价纳米颗粒的生物毒性。

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