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化學(xué)惰性纖維納米材料廣泛應用于建築、紡織、醫藥等領域。然而秒是，此類材料的應用與纖維釋放和暴露于公衆的固有可能(néng)性有關。過(g廠下uò)去幾十年發(fā)表的研究證明月些，接觸化學(xué)成(chéng)分差媽劇異很大的各種(zhǒng)納米纖維會(huì)短市導緻類似于石棉誘發(fā)的疾病，即肺部炎症和到爸肺纖維化。這(zhè)表明，這(zhè)些納米纖維的毒性不僅與它們的表化腦面(miàn)化學(xué)性質有關，而且在很大讀笑程度上與它們的形狀和尺寸有關。

 

當小型活體或礦物外源性實體進(jìn市長)入體内時(shí)，組織内的巨噬細胞會(huì)迅速識别它們，并煙件試圖通過(guò)吞噬作用將(jiāng)其清除。然而，與病船關原體不同的是，病原體在密封的吞噬多聚體内很容易被(bèi)吞噬并分解成裡謝(chéng)小分子，纖維狀納米材料太女就長(cháng)，無法被(bèi)巨噬細胞完全吸收，也太穩定少有，無法降解成(chéng)碎片。這(zhè)導緻了一種(zhǒn短輛g)被(bèi)稱為“抑制吞噬作用是山”的情況，這(zhè)種(zhǒng)情況可以持續很長(cháng)時(s雪電hí)間，這(zhè)取決于纖維的長(cháng)度和化學(術頻xué)性質。因此，預計在未封閉的吞噬溶酶體中活躍的 NADP厭河H 氧化酶 (NOX) 和誘導型一氧化氮章哥合酶 (iNOS) 池的協同作錢站用會(huì)持續産生活性氧和氮物種(zhǒng)（ROS 和 RNS）。暗如事(shì)實上，由此産生的穩态輛好行為預計會(huì)導緻 ROS/RNS 持續釋放，并從巨噬細胞風是杯中漏出。如果這(zhè)種(z店報hǒng)情況确實發(fā)生，ROS/RNS 對(duì)周圍肺拿術組織的持續破壞預計將(jiāng)導緻長自周圍細胞損傷和局部慢性炎症，最終可能(néng)發(fā)展為懂暗肺纖維化和肺癌等疾病。

 

在過(guò)去的幾十年裡(lǐ)，一些涉及ROS/RNS數醫染色的研究或用纖維納米材料（包括碳納米管和石棉）進拍兵(jìn)行的擴展體内實驗支持了這(zhè)一假短藍設。然而，由于缺乏合适的精确分析傳感器，洩漏反應物種(zhǒng)的化學(x鐘飛ué)性質及其分布的時(shí)空特征都(dōu)無法揭示。相反，新一代厭子納米電化學(xué)生物傳感器實現了高靈敏度和精确的測量，具有高選擇近校性和出色的時(shí)空分辨率，從而促進(jì門綠n)了活細胞内單細胞或細胞器水平的分子通量的表征和定農窗量，而不損害其完整性和功能(néng)。

 

鑒于此，武漢大學(xué)黃衛華、廈門工視大學(xué)Christian Amatore等人報告了一種(zhǒng)電化學(x月吧ué)納米傳感器，用于監測和定量表征單個巨噬細胞對(duì)玻璃納米纖和請維的吞噬作用受阻期間活性物質釋放的通量和動态。文短

 

 

 

從石英濾膜中提取的所有玻璃納米化技纖維均呈現規則的圓柱形，平均直徑為 650 nm。通過資紙(guò)不同孔徑的網過(guò)濾將(子匠jiāng)它們分為兩(liǎng)類：“長(cháng)”纖維的平均長(chán年銀g)度為 70μm，“短”纖維的平均長(cháng)度為 10 μm。每一類纖維基本上都(dōu)是由矽和氧國著元素組成(chéng)，沒(méi)有任何内毒素污染。當 RAW 264.7少這 鼠巨噬細胞在長(cháng)或短玻璃納米什唱纖維存在下預孵育時(shí)，它們的吞噬作用受到抑制，但仍保持高活東書力。即使在12小時(shí)的長(chán時司g)時(shí)間持續後(hòu)，巨噬細胞也不能(néng)完全吞噬玻璃納們麗米纖維，并表現出吞噬作用受阻的所有特征。這(zhè)表明 ROS/RNS 可以從錢線巨噬細胞未密封的吞噬杯中持續溢出到鄰近組織。

 

研究人員使用鉑黑修飾碳化矽納米線(SiC@PtNW）電化學(xué)傳感器來監測經(jīng)曆受挫的玻璃納米纖維吞噬作用的單個巨水錯噬細胞發(fā)射的ROS/RNS通量的強度和時(s費妹hí)間變化。這(zhè)使能(néng)夠證明ROS/RNS通電下過(guò)未密封的吞噬杯大量釋放，有趣的是，它們的通量不相村斷增加，直到玻璃納米纖維可以被(bèi)完全包裹。這(zh新子è)些ROS/RNS的持續、強烈和局部釋放使鄰近細胞暴露于嚴重關唱氧化應激的條件下。

 

 

圖|巨噬細胞抑制玻璃纖維吞噬作用的特征

 

在不同的培養時(shí)間，具有不同的表現：

1）在嘗試吞噬4小時(shí)後(hòu)，巨噬細胞通過(guò)逐漸向(xiàn爸個g)上延伸其僞足以捕獲纖維來包裹部分大區玻璃納米纖維，而沒(méi)有表現出任何其他明顯的形态村農變化。

 

 

圖|吞噬作用4h後(hòu)ROS/RNS的産生

 

2）吞噬作用12小時(shí)後(hòu)，細胞形态發(fā)生巨大改變，細胞體沿纖維軸伸長(cháng)，音些呈現紡錘形。研究人員還(hái)揭示了 ROS/RNS 釋放量的鐘玩非常顯著(zhe)的空間差異，最高的排放量來自笑火吞噬杯區域，最小的排放量來自細胞頂部。

 

 

圖|吞噬作用12小時(shí)後(生公hòu)ROS/RNS的産生

 

3）吞噬作用受阻20小時(shí)後(hòu)，細胞達到極度拉伸的形狀，隻有一小部分納米纖維仍暴又笑露在細胞外，而僞足從封閉的吞噬袋末端延伸。鐘討研究結果清楚地表明，為了應對(市花duì)困難的吞噬情況，巨噬細胞可以強烈增加其吞噬袋内ROS/RNS的産生，其中大部分通過(guò)未秒紅密封的吞噬杯洩漏，因此不會(h紅件uì)危及自己的身體。

 

4）吞噬作用24小時(shí)不成(chéng)功後(hòu)，SEM圖像玩雪表明細胞可以通過(guò)關閉吞噬杯來完全包裹纖維，這(zhè)可能(不低néng)是通過(guò)多細胞共吞噬作用或自我分裂，這(zhè)讓人想起(q村不ǐ)慢性炎症情況下的肉芽腫。與吞噬作用受阻 20 小時(shí)了兒後(hòu)觀察到的結果相比，細胞末端釋放的 ROS/RNS 通了信量顯著(zhe)減少約 20 兵討倍。在細胞頂部記錄的 ROS/RNS 通量也低得多。這(zhè)些結果表明，在該條件下，嘗試的吞噬事(shì)件最終導緻細胞包膜匠相内抗性納米纖維的分離，并與釋放的 ROS/RNS 急劇減少有關。

 

 

圖|吞噬作用24小時(shí)後國技(hòu)ROS/RNS的産生雪頻

 

此外，使用短纖維和經(jīng)典脂多糖 (LPS) 刺激作為對(duì服窗)照實驗來研究 ROS/RNS 的線術釋放。結果表明，隻有長(cháng)納米纖維觸發(fā)的吞噬作服愛用受阻才能(néng)導緻強烈的 ROS/R船到NS 滲漏，并且這(zhè)種(zhǒng)滲漏很容易誘發舊雜(fā)纖維和巨噬細胞所在的組織損傷。

 

 

圖|吞噬抑制過(guò)程中ROS/RNS山對滲漏的動态變化

 

最後(hòu)，研究人員在細胞共培養和體内實驗器科表明，在體内條件下，這(zhè)導緻肺組織在持務窗續局部損傷後(hòu)出現慢性炎症。

 

 

圖|吞噬功能(néng)受損引起(qǐ)的肺損傷

 

本文使用當前的 SiC@Pt NW 電化學(xué)傳感器，明站歌确證明、表征和定量監測了在高縱橫比玻璃納米纖維的吞噬受阻的單也農個巨噬細胞中強烈連續洩漏 ROS/RN匠但S 的存在和時(shí)空特征。這(zhè)項工作中報道(dào)的高度靈南關敏的電化學(xué)納米傳感方法定量和動力學(xu技司é)地證明并支持了先前的假設，即與吸入化學(舞雪xué)惰性納米纖維相關的肺損傷是由于巨噬細胞釋放的RO資雪S/RNS的長(cháng)時(shí)間大流量的作用而發(fā)生的，還工巨噬細胞正在經(jīng)曆高縱橫比惰性納米材料的抑制吞噬作用。

 

參考文獻：

Qi, YT., Zhang, FL., Tian, SY章個. et al. Nanosensor detection of r暗爸eactive oxygen and nitr區跳ogen species leakage in frustrated phag體醫ocytosis of nanofibres. Nat. Nanotechn匠北ol. (2024).

https://doi.org/10.1038/s4場都1565-023-01575-0