比较不同长度及表面修饰的多壁碳纳米管的细胞毒性和遗传毒性

目的:比较不同长度和表面修饰的多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes,MWCNTs)对人肺泡Ⅱ型上皮细胞(A549细胞)的细胞毒性和遗传毒性的影响.方法:选取长(5～15 μm)、短(350～700 nm)两种不同长度的MWCNTs,及羧基(carboxyl,COOH-)、氨基(amino,NH2-)和牛磺酸(taurine,Tau-)3种不同表面修饰的MWCNTs分别进行实验研究,其中短的MWCNTs作为未修饰的MWCNTs (Pristine-MWCNTs)与表面修饰的MWCNTs进行比较.细胞毒性实验采用cell counting kit-8 (CCK-8)法,染毒浓度为2、8、32 mg/L,染毒时间分别为12、24、36、48 h；遗传毒性采用单细胞凝胶电泳实验检测DNA链断裂,染毒剂量为8 mg/L,染毒时间24 h.结果:两种长度的MWCNTs在所观察的12～48 h染毒时间内,均表现出剂量依赖的细胞毒性；其中在24～48 h处理时间组,MWCNTs的细胞毒性随长度增加而增大.经过表面修饰的3种MWCNTs与未修饰的MWCNTs相比,表面修饰过的MWCNTs在染毒时间12 h、染毒浓度为32 mg/L时相对细胞活性:COOH-MWCNTs为(86.55±1.80)％、NH2-MWCNTs为(84.67±1.32)％、Tau-MWCNTs为(80.15 ±3.53)％,均高于未修饰MWCNTs的细胞活性(71.44±5.58)％,差异具有统计学意义(P＜0.05)；在染毒时间24h、染毒浓度为8 mg/L时修饰过的MWCNTs相对细胞活性:COOH-MWCNTs为(96.74±1.00)％、NH2-MWCNTs为(96.74±3.35)％、Tau-MWCNTs为(106.39±3.83)％,均高于朱修饰MWCNTs的细胞活性(91.02±2.53)％,差异具有统计学意义(P＜0.05)；在染毒时间24h、染毒浓度为32 mg/L时修饰过的MWCNTs相对细胞活性:COOH-MWCNTs为(80.88±2.67)％、NH2-MWCNTs为(82.90±3.25)％、Tau-MWCNTs为(82.55±3.32)％,均高于未修饰MWCNTs的细胞活性(76.08±4.27)％,差异具有统计学意义(P＜0.05)；在染毒时间36 h、染毒浓度为8 mg/L时修饰过的MWCNTs相对细胞活性:COOH-MWCNTs为(96.87±1.05)％、NH2-MWCNTs为(96.66±4.76)％、Tau-MWCNTs为(100.23±2.84)％,均高于未修饰MWCNTs的细胞活性(89.61±3.78)％,差异具有统计学意义(P＜0.05).在其他观察时间和染毒浓度下,经过表面修饰的MWCNTs与未修饰MWCNTs的细胞活性相比,差异无统计学意义(P＞0.05).经过表面修饰的3种MWCNTs DNA 链断裂损伤情况:Olive尾距COOH-MWCNTs为1.56±0.22、NH2-MWCNTs为2.25±1.62、Tau-MWCNTs为2.23±0.94,尾部DNA含量COOH-MWCNTs为(3.96±0.60)％、NH2-MWCNTs为(6.16±4.68)％、Tau-MWCNTs为(6.05±2.31)％,均在不同程度上低于未修饰的MWCNTsOlive尾距为3.00±0.64,尾部DNA含量为(8.23±2.27)％],差异具有统计学意义(P＜0.05),其中COOH-MWCNTs所致DNA链断裂损伤最小.结论:上述材料在所观察时间和染毒剂量下,均引起了A549细胞不同程度的细胞毒性和DNA链断裂,相同染毒浓度下,不同长度的MWCNTs所致细胞毒性及DNA链断裂程度有所差别；表面修饰可在一定程度上降低MWCNTs对A549细胞的细胞毒性和DNA链断裂损伤.

Comparative analysis for the cytotoxicity and genotoxicity of multi-walled carbon nanotubes with different lengths and surface modifications in A549 cells