在《Biochemical and Biophysical Research Communications》杂志上发表的一篇预证明论文中，研究人员展示了氧化石墨烯（GO）纳米材料（如量子点和纳米片）的几何形状在影响对肝星形细胞（HSC）的生物物理影响方面所起的关键作用。
研究方向：氧化石墨烯纳米材料对肝星状细胞的几何依赖性调控.图片来源：Jose Luis Calvo/Shutterstock.com
氧化石墨烯在生物医学中的应用
纳米材料广泛用于生物医学应用，如光热疗法、生物成像和药物输送。具体而言，氧化石墨烯（GO）纳米材料由于其生物相容性和可调的物理和化学性质，是治疗肝脏疾病的最优选药物递送方法之一。GO量子点和纳米片是生物医学应用中常用的GO几何形式。
然而，很大一部分施用的纳米颗粒通常在肝脏中积累相当长的持续时间。根据纳米材料的不同物理化学性质，其清除所需的时间范围在1到21天之间。这种较长的保留时间和缓慢的清除可导致对肝脏的慢性毒性，并长期引起肝脏疾病，如肝纤维化。
肝纤维化主要由代谢紊乱或病毒性疾病引起的严重肝损伤引发。HSC是肝脏中位于肝窦中肝细胞和内皮细胞之间的肝脏中主要纤维化细胞之一，其激活代表了肝纤维化的初始疾病发展阶段。
尽管在以前的研究中广泛研究了其他主要类型的肝细胞与纳米材料之间的不同相互作用，但只有少数研究调查了HSC与纳米材料之间的相互作用。
在这里，据报道，纳米材料可以改变大鼠HSCs的细胞形态，并对人类HSC产生毒性。例如，浓度大于31.25μg/ml的GO和还原GO片抑制了人类HSC的生长。
图 1. A） GO纳米片的代表性AFM图像。B）GO量子点的代表性AFM图像。C）孵育24小时后，用CCK-8测定法评估用GO纳米片和量子点孵育的LX-2的细胞活力。（*p < 0.05）D）GO纳米材料对活化LX-2迁移率的影响评价.用GO纳米片和量子点处理细胞，范围从1到100mg / l（NS：纳米片，QD：量子点。Ctrl：控制）。© 桂某， 胡国， 杰， Z. 等 （2022）
GO纳米材料对HSC的影响
在这项研究中，研究人员调查并比较了GO量子点和纳米片在调节途径，迁移率，纤维化程度和细胞活力方面对人类HSC的几何效应，以了解纳米材料的几何依赖性影响及其潜在机制。
采用JC-1检测试剂盒和增强型化学发光试剂盒进行研究。利用Zetasizer Nano-Z测定GO量子点和纳米片的zeta电位，同时使用原子力显微镜（AFM）表征其厚度，尺寸和几何形状。
用100μg/ ml链霉素，100 U / ml青霉素和10%胎牛血清在DMEM中生长LX-2细胞，然后在37的湿润气氛中保持培养箱oC和5%二氧化碳进行细胞培养。
在迁移率测定中，使用显微镜在48，24和0小时获得细胞图像，并分别通过LAS X软件和方差分析（ANOVA）测量和统计分析迁移距离。
在荧光细胞染色过程中，利用4′，6-二氨基-2-苯基吲哚（DAPI）对LX-2细胞核进行染色，而采用具有63x油浸物镜物镜的共聚焦显微镜在共聚焦显微镜分析过程中获得图像。
采用透射电子显微镜（TEM）分析，评价几何形状依赖性亚细胞效应，利用JC-1检测试剂盒，采用荧光显微镜研究了GO纳米材料对细胞线粒体膜电位的影响。Amersham ImageQuant 800用于在蛋白质印迹测试期间获得图像。
图 2.A）共聚焦显微镜观察的GONS和GOQD诱导的形态变化。B）当LX-2与GO量子点和纳米片一起孵育0.1至100 m / l24小时时，蛋白质印迹检测β – 肌动蛋白表达水平。LX-2与100mg / l GO纳米片孵育后，β-肌动蛋白的表达水平降低。 © 桂某， 胡国， 杰， Z. 等 （2022）
观察
GO纳米片和量子点的厚度分别为4 nm和2 nm， zeta电位分别为-29.6±1.3 mV和-2.1±0.9 mV.
GO纳米片显著降低了HSCs的细胞迁移率和活力，Smad3/Smad2/TGFβR的蛋白表达水平随衰减纤维化程度而降低。然而，在肝纤维化中起关键作用的α-SMA的蛋白质表达水平增加。
在100 mg/l浓度下， GO量子点降低了GADPH和α-SMA表达水平， 而β-肌动蛋白表达水平保持不变.线粒体分析表明，GO纳米片破坏了线粒体的膜和膜电位。
纳米片通过活性氧途径激活HSC并诱导氧化应激，同时通过TGF-β途径调节纤维化效应。通过n-乙酰半胱氨酸和GO纳米片与HSCs共育后α-SMA表达水平降低来验证观察结果。
图 3.蛋白质印迹评估可能参与LX-2的几何学依赖性调节。在图表中，粗体箭头表示表达式级别中更显著的变化。（C：控制，NS：GO纳米片，QD：GO量子点）。© 桂某， 胡国， 杰， Z. 等 （2022）
综上所述，本研究结果表明，GO纳米材料的几何形状在HSC细胞的不同生化和生物物理反应中起着重要作用，这可能有助于开发具有rGO纳米片和GO量子点的抗纤维化疗法。然而，需要更多的研究来探索α-SMA和GADPH之间的相关性。
参考
Gui, X., Hu, G., Jie, Z. et al. (2022) The geometry-dependent regulation of hepatic stellate cells by graphene oxide nanomaterials. Biochemical and Biophysical Research Communications https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0006291X22003758?via%3Dihub
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