近期，武汉大学黄卫华团队、厦门大学Christian Amatore团队合作在《Nature Nanotechnology》（IF=38.8）上发表题为“Nanosensor detection of reactive oxygen and nitrogen species leakage in frustrated phagocytosis of nanofibres”（纳米电极监测巨噬细胞受挫性吞噬纳米纤维过程中ROS/RNS泄漏）的研究，报告了一种电化学纳米传感器，用于监测和定量表征单个巨噬细胞对玻璃纳米纤维的吞噬作用受阻期间活性物质释放的通量和动态。武汉大学化学与分子科学学院2020级博士研究生齐昱婷为第一作者，黄卫华教授和法国巴黎高师Christian Amatore教授为通讯作者，武汉大学、法国巴黎高师和天津大学为署名单位。

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在该项研究中，使用了欣博盛生物（NeoBioscience Technology Co, Ltd）的QuantiCyto® Mouse IL-1α ELISA kit（小鼠白细胞介素-1α），用于培养上清液中该细胞因子含量的测定。

研究详情

化学惰性纤维纳米材料广泛应用于建筑、纺织、医药等领域。然而，此类材料的应用与纤维释放和暴露于公众的固有可能性有关。过去几十年中发表的研究证明接触化学成分差异大的各种纳米纤维会导致类似于石棉诱发的疾病，即肺部炎症和肺纤维化。这一现象表明，这些纳米纤维的毒性不仅取决于它们的表面化学性质，而且在很大程度上取决于它们的形状和尺寸。当小型活体生物或矿物外源性物质进入体内时，组织内的巨噬细胞将迅速识别并试图通过吞噬作用将其清除。然而，由于纤维状纳米材料的高长径比与难分解的特性巨噬细胞难以快速清除，这导致受挫性吞噬作用（frustrated phagocytosis）的发生。在此过程中，活性氧和活性氮(ROS和RNS)有望通过NADPH氧化酶(NOXs)和在非封闭吞噬溶酶体中活跃的诱导型一氧化氮合酶(inss)池的协同作用不断产生。事实上，由此产生的稳态行为预计会导致 ROS/RNS 持续释放，并从巨噬细胞杯中漏出。如果这种情况确实发生，ROS/RNS 对周围肺组织的持续破坏预计将导致周围细胞损伤和局部慢性炎症，最终可能发展为肺纤维化和肺癌等疾病。

在过去的几十年中，一些涉及ROS/RNS染色的研究或用纤维纳米材料（包括碳纳米管和石棉）进行的扩展体内实验支持了这一假设。然而，由于缺乏合适的精确分析传感器，部分数据无法揭示。新一代纳米电化学生物传感器实现了高灵敏度和精确的测量，具有高选择性和出色的时空分辨率，在不损害其完整性和功能的基础上促进了活细胞内单细胞或细胞器水平的分子通量的表征和定量。鉴于此，武汉大学黄卫华团队、厦门大学Christian Amatore团队合作报告了一种电化学纳米传感器。

针对受挫性吞噬假说，为了研究巨噬细胞的ROS/RNS通量的强度和化学性质，SiC@Pt NW传感器的尖端被放置在胞体表面的特定位置，检测玻璃纳米纤维吞噬被抑制的不同阶段的数据。研究团队将铂黑纳米线电化学传感器（SiC@PtNWS）定位在巨噬细胞吞噬口处，实现了对吞噬玻璃纳米纤维的过程中4种主要ROS/RNS（ONOO-，H2O2，NO和NO2-）泄露通量的实时定量监测。研究结果表明，在玻璃纤维吞噬各阶段，ROS/RNS释放存在明显时间差异。相较于细胞顶部，吞噬口处存在大量ROS/RNS泄露，且随吞噬进行持续增加直到吞噬口封闭泄漏。NOX和iNOS参与动态调控ROS/RNS的物质组成。相关数据定量展示了单个巨噬细胞沮丧吞噬玻璃纳米纤维时ROS/RNS产生的时空特征，从而描绘出巨噬细胞应对惰性高长径纳米材料的动态免疫调节过程。体外共培养和活体实验进一步表明只有长纳米纤维触发的吞噬作用受阻才能导致强烈的 ROS/RNS 渗漏，并且这种渗漏很容易诱发纤维和巨噬细胞所在的组织损伤。持续且大量的ROS/RNS泄漏会导致外周细胞严重受损，最终转化为慢性炎症和肺损伤。

该项工作报告了一种高灵敏的电化学纳米传感器，从定量测量和酶动力学角度证实了巨噬细胞受挫性吞噬过程中ROS/RNS的泄露假说，实验结果构建了单细胞行为变化到肺组织损伤之间桥梁，对于深入理解高长径比纳米材料环境暴露导致的相关疾病具有重要意义。

文献引用

Qi YT, Zhang FL, Tian SY, Wu HQ, Zhao Y, Zhang XW, Liu YL, Fu P, Amatore C, Huang WH. Nanosensor detection of reactive oxygen and nitrogen species leakage in frustrated phagocytosis of nanofibres. Nat Nanotechnol. 2024 Jan 3. doi: 10.1038/s41565-023-01575-0. Epub ahead of print. PMID: 38172432.

（原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38172432/）

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白细胞介素（interleukins, ILs），简称白介素，最初是指由白细胞产生并在白细胞之间起调节作用的细胞因子，均为小分子多肽或糖蛋白类物质。通过评估白介素在机体内的变化水平指标，有助于更深入地了解疾病的发生与发展。

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