利用绿色合成的γ-Fe?O?纳米颗粒，并结合伽马射线或激光照射，对储存的全血中的T细胞进行选择性清除：一项体外比较研究

《Radiation Physics and Chemistry》：Selective T-Cell Depletion in Stored Whole Blood Using Green-Synthesised γ-Fe 2O 3 Nanoparticles with Gamma or Laser Irradiation: A Comparative In-Vitro Study

绿合成γ-Fe?O?纳米颗粒协同伽马或激光辐照实现选择性T细胞清除，显著降低TA-GvHD风险，但需平衡DNA损伤与清除效率。

　　

作者：Baydaa T. Sih | Alauldeen Alqasim

部门：巴格达大学理学院物理系，HMDN，英国诺丁汉大学医院

摘要

背景

在伊拉克和其他资源有限的环境中，由于缺乏专门的辐照设备，血液辐照（预防输血相关移植物抗宿主病（TA-GvHD）的全球标准）并未得到常规应用。因此，血库依赖过时的过滤技术，这些技术无法完全清除T细胞，从而在输血医学中存在严重的安全隐患。

目的

开发一种使用绿色合成的γ-Fe₂O₃纳米颗粒结合临床可用的辐照方法的输血兼容方案，以实现选择性T细胞清除

方法

使用Hydrilla verticillata提取物生物合成γ-Fe₂O₃纳米颗粒，并通过XRD、FTIR和TEM对其进行表征。全血样本被分为七组：对照组、仅使用纳米颗粒组、仅使用伽马辐照组（35 Gy）、仅使用激光辐照组（532 nm）、NP + 伽马组、NP + 激光组以及假对照组。通过流式细胞术量化CD3⁺ T细胞的清除情况，通过游离血红蛋白测量评估溶血情况，并使用γ-H2AX免疫荧光评估DNA损伤。

结果

NP + 伽马组合实现了协同效应，T细胞清除率达到0.33 ± 0.07个细胞/μL（减少了83%），超过了预防TA-GvHD的临床阈值。NP + 激光组合表现出显著的效果（1.37 ± 0.26个细胞/μL），且溶血程度较低（<2%）。所有组合处理组的血清钾和铁水平均有轻微升高，但仍处于生理范围内。然而，γ-H2AX分析显示，与单独辐照相比，联合处理组的DNA损伤焦点显著增加了2.8倍，表明尽管T细胞被有效清除，但基因组稳定性仍受到影响。

结论

绿色合成的γ-Fe₂O₃纳米颗粒是有效的T细胞清除放射增敏剂，激光激活的纳米颗粒为资源有限的环境提供了一种实用的替代方案。观察到的清除效果与DNA损伤增加之间的分离表明，在临床应用中需要仔细优化方案，以平衡治疗效果和基因组安全性。

引言

移植物抗宿主病（GvHD）是造血干细胞移植或输注未经辐照的血液制品后最严重的并发症之一。当具有免疫能力的供体T淋巴细胞攻击受体组织时，会导致多器官损伤，如果不加以预防，可能会致命[1]。预防GvHD的金标准是对细胞血液成分进行25至50 Gy的伽马辐照，这可以有效地使供体淋巴细胞失活，同时保持红细胞的活性[2, 3]。然而，在包括伊拉克在内的许多低收入和中等收入国家，由于成本高昂且缺乏专门的血液辐照设备，常规血液辐照的获取受到限制，因此主要依赖过滤方法来减少供体T细胞的数量[4, 5]。不幸的是，仅靠白细胞过滤无法完全消除输血相关GvHD的风险[4, 5]。这凸显了迫切需要开发替代的、实用且成本效益高的选择性T细胞清除方法，以便在资源有限的环境中应用。纳米技术在输血医学中提供了有希望的解决方案。氧化铁纳米颗粒，特别是Fe₂O₃（赤铁矿），因其独特的物理化学和磁性质而受到广泛关注[5, 6]。Fe₂O₃在纳米尺度上表现出优异的化学稳定性、生物相容性和超顺磁行为，可以利用外部磁场对其进行操控[7, 8]。这些特性已被应用于多种生物医学领域，包括靶向药物递送、磁热疗、生物传感和免疫调节[8, 9]。在放射生物学背景下，氧化铁纳米颗粒可以通过在暴露于电离辐射时增强活性氧（ROS）的产生来作为放射增敏剂，从而选择性地放大目标细胞群体的损伤[10]。它们的磁响应性还使得可以利用外部磁场将纳米颗粒定位在目标免疫细胞附近，提高治疗精度并减少全身毒性[10]。

最近的报告展示了使用植物提取物作为还原剂和包覆剂成功合成Fe₂O₃纳米颗粒的方法，生产出生物相容性和环境友好的纳米材料[11, 12]。与化学合成的纳米颗粒相比，绿色合成的纳米颗粒通常具有较低的细胞毒性和更好的表面功能，使其适用于血液制品的修饰[13]。将这些纳米颗粒与伽马或激光辐照结合使用，可以实现协同效应，增强T细胞清除效果，同时最小化对红细胞的损伤[13]。

在这项工作中，我们报告了使用Hydrilla verticillata提取物绿色合成γ-Fe₂O₃纳米颗粒，并研究了其与伽马辐照（6 MV LINAC，35 Gy）或532-nm激光辐照结合用于T细胞清除的应用。本研究旨在开发一种适用于输血的、在本地可行的GvHD预防方案，适用于缺乏常规伽马辐照基础设施的地区。

伦理声明

本研究严格遵循《赫尔辛基宣言》的原则，并获得了巴格达大学理学院伦理委员会的批准（批准代码：CSEC/1129/0139；日期：2024年2月24日）。所有参与者在入组前均签署了书面知情同意书。

供体群体和筛选

招募了70名自报健康的成年志愿者（50%女性，50%男性；年龄范围：25-40岁；BMI：18.5-24.9 kg/m²）。排除标准包括：

γ-Fe₂O₃纳米颗粒的X射线衍射（XRD）分析

通过X射线衍射分析明确了磁赤铁矿（γ-Fe₂O₃）的结构。图1显示了合成样品的X射线衍射（XRD）图谱，证实形成了高结晶度的磁赤铁矿（γ-Fe₂O₃）相。分析使用Cu Kα辐射（λ = 1.5406 ?）进行，结果图谱与标准ICDD数据库（ICSD 135710）进行了比对。观察到的衍射图谱是 constructive interference 的直接结果。

结论

• 本研究建立了一个初步的、方法学上可靠的血液制品中T细胞清除框架，结合了纳米材料辅助的光子调控。该方案通过Fe₂O₃纳米颗粒与靶向辐照的协同作用显著减少了T细胞数量，且在受控的体外条件下未引起明显的溶血损伤。
• 生化扰动——即细胞外钾水平的升高

CRediT作者贡献声明

Baydaa Sih：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、软件使用、方法学设计、资金获取、概念构思；可视化、监督、方法学指导。 Alauldeen Alqasim：监督、软件使用、方法学设计、实验实施

未引用的参考文献

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伦理批准和参与同意

本研究获得了巴格达大学理学院伦理委员会的批准（批准编号：CSEC/1129/0139，2024年2月24日）。所有血液捐赠者在样本采集前均签署了书面知情同意书。

出版同意

不适用。

临床试验注册

不适用。

资金

本研究未获得任何资助。

利益冲突声明

作者声明与本文的发表不存在利益冲突。