利用电基材阻抗传感技术实时监测氧敏荧光聚（苯乙烯-马来酸酐）纳米颗粒的细胞毒性效应

《ACS Applied Bio Materials》：Real-Time Monitoring of the Cytotoxic Effect of Oxygen-Sensitive Fluorescent Poly(styrene-maleic anhydride) Nanoparticles Using Electrical-Substrate Impedance Sensing

荧光聚苯乙烯-共马莱酸酐纳米颗粒（SMA NP）的氧传感器生物相容性及其对细胞屏障功能的影响。通过电化学细胞-基质阻抗传感（ECIS）实时监测细胞毒性，结合荧光显微镜和扫描电镜分析，证实SMA NP在25-146 μg/mL浓度范围内对NIH 3T3成纤维细胞和bEnd3脑内皮细胞无显著细胞毒性，且不影响细胞正常形态。但高浓度SMA NP（146 μg/mL）可降低bEnd3细胞屏障功能，纳米颗粒通过静电作用整合至细胞外基质（ECM）。ECIS技术为非光学干扰的纳米材料生物安全性评估提供了新方法。

　　荧光聚(苯乙烯-共-马来酸酐)纳米颗粒（SMA NP）氧传感器在生物医学研究中展现出巨大的潜力，特别是在可视化体内氧梯度方面。为了拓展其应用范围，深入了解其与细胞的相互作用至关重要。传统的细胞毒性检测方法，如MTT、alamarBlue和LIVE/DEAD染色，虽然在评估细胞活性方面具有一定作用，但存在一些局限性。例如，MTT检测依赖于细胞代谢，然而其容易受到光学干扰，这使得在存在其他荧光物质或颗粒的情况下，MTT的检测结果可能不准确。此外，MTT是一种终点检测方法，需要杀死细胞才能提取数据，这限制了其在实时监测中的应用。alamarBlue和LIVE/DEED染色虽然可以克服MTT的一些缺点，但仍面临光学干扰的问题，同时无法提供实时的细胞毒性数据。

相比之下，电细胞-基质阻抗传感（ECIS）技术提供了一种实时监测细胞行为的方法，通过测量单层细胞培养的阻抗变化来实现。这种方法能够连续追踪细胞的形态、附着和活性变化，从而捕捉到短暂的细胞行为变化。ECIS的优势在于其无需使用额外的检测试剂，且能够进行高通量分析，适用于评估纳米材料与细胞之间的相互作用。在本研究中，我们利用ECIS技术评估了SMA NP氧传感器的细胞毒性，并进一步通过内皮屏障功能分析和显微镜技术研究了其对细胞的影响。结果显示，SMA NP氧传感器在所有剂量下均未表现出细胞毒性，证实了其良好的生物相容性。然而，纳米颗粒可能被纳入细胞外基质（ECM）并影响屏障功能，这表明在使用SMA NP氧传感器时需要谨慎考虑其潜在影响。

SMA NP氧传感器的合成和表征是本研究的基础。我们采用无乳化剂的纳米沉淀法合成SMA NP，并通过扫描电子显微镜（SEM）、动态光散射（DLS）和紫外-可见光谱/荧光光谱技术对其进行了详细分析。SEM结果显示，这些纳米颗粒呈球形，平均直径约为166.7纳米。DLS测量显示，纳米颗粒的水动力直径为216.0纳米，聚分散指数（PDI）为0.15，表明其具有较好的均匀性。通过紫外-可见光谱分析，我们确定了SMA NP的吸收和发射光谱，其中在425纳米激发下，SMA NP在488纳米处有显著的发射峰，而在650纳米处的发射峰则与PtTFPP的氧猝灭特性相符。这些结果表明，SMA NP能够有效地用于氧传感，并且其光学特性符合预期。

在细胞毒性评估方面，我们采用了alamarBlue试剂盒，该试剂盒通过检测细胞代谢活性来评估细胞的存活情况。结果显示，SMA NP在所有浓度下均未表现出显著的细胞毒性，其细胞存活率均高于70%的阈值，表明其具有良好的生物相容性。然而，在更高浓度下，SMA NP对内皮屏障功能产生了影响，这可能与纳米颗粒的附着和分布有关。此外，我们还通过ECIS技术对细胞行为进行了实时监测，发现SMA NP在高浓度下可能影响细胞的附着和屏障形成，但在低浓度下并未表现出显著的毒性效应。

通过显微镜技术，我们观察到SMA NP在细胞膜上和细胞外基质中的分布情况。结果显示，纳米颗粒在细胞膜上形成明显的荧光斑点，并且在细胞外基质中存在一定的附着。这些观察结果进一步支持了SMA NP在细胞内的分布和与细胞的相互作用。此外，我们还通过SEM技术对细胞-纳米颗粒的相互作用进行了详细分析，发现纳米颗粒能够稳定地附着在细胞膜上，并且在细胞外基质中形成一定的结构。这些结果表明，SMA NP在生物医学研究中具有良好的应用前景。

综上所述，本研究通过多种方法评估了SMA NP氧传感器的细胞毒性及其与细胞的相互作用。结果显示，SMA NP在所有剂量下均未表现出显著的细胞毒性，证实了其良好的生物相容性。然而，纳米颗粒可能对内皮屏障功能产生影响，这需要进一步研究其作用机制。ECIS技术在评估纳米材料的细胞毒性方面表现出良好的效果，尤其是在传统光学检测方法受到干扰的情况下，ECIS提供了一种有效的替代方案。这些发现为SMA NP氧传感器在生物医学研究中的应用提供了重要的支持，并强调了ECIS在评估纳米材料生物相容性中的重要价值。未来的研究将进一步探讨纳米颗粒对内皮屏障功能的影响，以及细胞培养环境对纳米颗粒化学性质和氧传感性能的影响，从而更深入地理解纳米颗粒与细胞的相互作用机制。