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艾因斯新蟲(chóng) (小有名氣)
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[交流]
具有內(nèi)在免疫調(diào)節(jié)特性的智能碳化鉭MXene量子點(diǎn)治療異體移植血管病變的制備
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介紹 低維碳基納米材料無(wú)疑是當(dāng)今的“神奇材料”。自2004年發(fā)現(xiàn)石墨烯以來(lái)，人們已經(jīng)對(duì)石墨烯及其衍生物進(jìn)行了研究廣泛應(yīng)用于電子電路、儲(chǔ)能、光處理、化學(xué)處理和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。最近，0D石墨烯和MXene量子點(diǎn)（MQDs）被發(fā)現(xiàn)通過(guò)與多種免疫活性細(xì)胞的相互作用而具有廣泛的免疫調(diào)節(jié)活性。特別是，與傳統(tǒng)石墨烯材料相比，較新的mqd有潛力提供更好的分散性、可調(diào)性和生物相容性，同時(shí)保持免疫調(diào)節(jié)生物活性。 然而，鈦基材料的長(zhǎng)期生物惰性已經(jīng)受到了質(zhì)疑。事實(shí)上，一些關(guān)于Ti3C2Tx MXene在中到高濃度下的細(xì)胞毒性的報(bào)告引起了對(duì)這些材料最終臨床可轉(zhuǎn)譯性的顯著關(guān)注。因此，該技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用取決于解決這一基本限制。 為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了其他MXene組合物，例如碳化鈮(Nb2C ),其具有降低的細(xì)胞毒性潛力。然而，鈮并未普遍用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，其長(zhǎng)期安全性仍知之甚少。另一方面，鉭基生物材料得到了充分的研究，并已明顯顯示出比鈦基生物材料具有更好的耐腐蝕性、生物相容性和生物活性。特別是，氧化鉭已被證明比其鈦基對(duì)應(yīng)物更加穩(wěn)定和惰性，這有助于鉭基材料的優(yōu)異生物安全性。體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這些發(fā)現(xiàn)，表明高劑量碳化鉭(Ta4C3Tx) MXene納米片(MNSs)的安全性。然而，還沒(méi)有報(bào)道高度合意的Ta4C3Txmqd的成功合成。mqd由于其改善的水穩(wěn)定性和亞細(xì)胞水平的相互作用而獨(dú)特地適用于生物醫(yī)學(xué)和免疫工程應(yīng)用。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)Ta4C3Tx mqd以跟上這一快速發(fā)展的領(lǐng)域。 Ta4C3Tx mqd通過(guò)定制的蝕刻、剝離和水熱法被合理地設(shè)計(jì)用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。合成的mqd表現(xiàn)出高濃度的MXene表面官能團(tuán)以及表面鉭氧化物(TaO2和Ta2O5)，這有助于其與人類(lèi)細(xì)胞的優(yōu)異生物相容性。特別是，高濃度的Ta4C3Tx mqd不會(huì)在培養(yǎng)的人內(nèi)皮細(xì)胞(ECs)中誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和細(xì)胞毒性。此外，這些mqd被自發(fā)地內(nèi)化到內(nèi)皮細(xì)胞中，并通過(guò)調(diào)節(jié)T細(xì)胞的活化而機(jī)械地降低了這些細(xì)胞的免疫原性。最后，當(dāng)應(yīng)用于器官移植排斥的體內(nèi)模型時(shí)，靜脈內(nèi)給予Ta4C3Tx mqd減少了移植組織內(nèi)的免疫細(xì)胞浸潤(rùn)和結(jié)構(gòu)變性�？傊@項(xiàng)研究突出了定制的Ta4C3Tx mqd在免疫工程和其他生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的未來(lái)潛力。 結(jié)果與討論 Ta4C3Tx量子點(diǎn)的基本原理、設(shè)計(jì)和合成 生物醫(yī)學(xué)相關(guān)納米材料的工程要求嚴(yán)格控制其化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。本研究中對(duì)鉭基MXene的慎重選擇源于對(duì)生物相容性和生物活性的考慮。盡管有充分的證據(jù)表明 Ti3C2Tx MXene納米片和量子點(diǎn)的生物醫(yī)學(xué)功效，增加了對(duì)其潛在細(xì)胞毒性的關(guān)注，盡管在較高劑量下，也不能忽視。在水熱過(guò)程中或在水分散時(shí)，在Ti3C2Tx mqd的表面上可以形成大量暴露的鈦氧化物(TiO2和Ti2O3)。 在設(shè)計(jì)用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的材料時(shí)，氧化鈦的存在尤其令人擔(dān)憂(yōu)，因?yàn)樗梢源呋钚匝跷镔|(zhì)(ROS)的產(chǎn)生，并對(duì)附近的細(xì)胞和組織產(chǎn)生氧化應(yīng)激。這種活性氧激增還會(huì)誘導(dǎo)殘留組織巨噬細(xì)胞釋放促炎細(xì)胞因子，從而阻礙免疫調(diào)節(jié)物質(zhì)的功能。 因此，在目前的研究中，ta4c3tx mqd是根據(jù)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，并使用簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行合成，以適應(yīng)這些設(shè)計(jì)要求。使用鹽酸/氟化鈉(HCl/NaF)作為蝕刻劑，對(duì)ta4c3MAX相進(jìn)行化學(xué)蝕刻并剝離以形成手風(fēng)琴狀的ta4c3tx MNSs。隨后將所得MXene產(chǎn)物分散在純蒸餾水中，并通過(guò)水浴超聲進(jìn)一步處理，以獲得多層、寡層和單層ta4c3tx MXene納米晶體。最后，將獲得的含水膠體懸浮液在180℃下水熱處理12小時(shí)，以獲得0D ta4c3tx mqd。生產(chǎn)ta4c3txmqd的逐步示意圖如圖1A所示。 ta4c3tx MXene納米片通過(guò)超聲處理和隨后的均化處理來(lái)提高其比表面積和水膠體分散性。特別是，機(jī)械振動(dòng)和/或超聲處理增加了陽(yáng)離子插層的程度，并進(jìn)一步增加了層間間距。結(jié)果，獲得的膠體溶液包含分散良好且靜電穩(wěn)定的MXene納米片。此外，由該方法生產(chǎn)的MXene薄片的膠體懸浮液不太可能結(jié)塊或聚集，從而增加了其進(jìn)一步功能化的可及性。因此，該方案為生物活性和臨床可翻譯的ta4c3tx mqd的工業(yè)開(kāi)發(fā)提供了可能性。 圖1.合成示意圖模型、化學(xué)計(jì)量和材料表征。a)使用簡(jiǎn)易方案將Ta4AlC3最大相體積轉(zhuǎn)化為0D ta4c3tx mqd的分步示意圖。簡(jiǎn)而言之，使用HCl/NaF蝕刻劑蝕刻Ta4AlC3 MAX相粉末以移除Al層并合成ta4c3tx MXene納米片。這種濕法蝕刻在合成過(guò)程中連續(xù)進(jìn)行48小時(shí)。同時(shí)，在60℃下加熱增強(qiáng)了Ta4AlC3的剝離和功能化，以形成手風(fēng)琴狀的2D MXene。剝離的ta4c3tx納米片通過(guò)超聲和機(jī)械振動(dòng)進(jìn)一步處理，以獲得多層、寡層和單層薄片，隨后使用水熱法處理，以形成具有集中的官能團(tuán)以及穩(wěn)定的表面鉭氧化物的ta4c3tx mqd。b)合成ta4c3tx mqd的擬議反應(yīng)化學(xué)，包括用氧化鉭(TaO2和Ta2O5)進(jìn)行表面改性。c–H)ta4c3tx MNSs和mqd的形態(tài)和微結(jié)構(gòu)特征。c，d)多層Ta4C3Tx納米片的高分辨率TEM (HRTEM)圖像顯示了輪廓分明的剝離晶體，其晶格d間距為»0.260 nm。e)此外，納米片的相應(yīng)SAED圖案描繪了MXene材料典型的均勻六邊形結(jié)晶圖案。f)ta4c3tx mqd的HRTEM圖像顯示了在180℃水熱處理后具有高表面官能化的顆粒的適當(dāng)合成。g)如圖所示，單個(gè)ta4c3tx顆粒的平均直徑為»3.5 nm，這對(duì)于靶向亞細(xì)胞應(yīng)用是理想的。h)量子點(diǎn)的晶格間距為»0.338納米�？偟膩�(lái)說(shuō)，這些數(shù)據(jù)支持了新型ta4c3tx mqd的成功設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。 合成Ta4C3Tx量子點(diǎn)的反應(yīng)化學(xué) 圖1B給出了在上述制造工藝中合成ta 4c3tx mqd的化學(xué)反應(yīng)。使用兩步法實(shí)現(xiàn)Ta4AlC3 MAX相的剝離。首先，通過(guò)在G0℃下用12mHCl處理來(lái)氯化MAX相粉末，以通過(guò)形成氯化鋁(AlCl3)來(lái)顯著去除表面Al層。此外，蝕刻溶液中NaF的存在通過(guò)形成六氟鋁酸鈉(Na3AlFG)完成了剝離過(guò)程，進(jìn)一步去除了任何殘留的Al痕跡。這導(dǎo)致了吮吸 多層Ta4C3Tx MXene納米片的成功生產(chǎn)(圖1B，方程(1))。此外，攪拌過(guò)程中NaF的存在導(dǎo)致了MXene層具有豐富的-OH基團(tuán)的進(jìn)一步表面官能化。此外，提出的反應(yīng)化學(xué)也支持具有富F表面末端的最終產(chǎn)物的有效氟化�？傊�，這些反應(yīng)機(jī)制使得Ta4AlC3 MAX相粉末的容易剝離和2D Ta4C3Tx MXene納米片的有效合成成為可能(圖1B，方程(1)-(3))。 在膠態(tài)分散體的功能化過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是在水介質(zhì)中Ta4C3Tx MNSs部分氧化后發(fā)生的(圖1B，等式(4))。水熱過(guò)程導(dǎo)致在ta 4c 3 tx mqd表面形成氧化鉭(TaO2和Ta2O5)層，可能是通過(guò)二次晶核形成機(jī)制(圖1B，方程式(5)和(G))。 Ta4C3Tx多量子點(diǎn)的微結(jié)構(gòu)表征 使用我們的創(chuàng)新合成工藝成功合成了ta 4c3txmqd，使用透射電子顯微鏡(TEM)、快速傅立葉變換(FFT)分析、選區(qū)衍射(SAED)分析和能量色散X射線(xiàn)光譜(EDS)證實(shí)了這一點(diǎn)。Ta4AlC3 MAX相的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像及其相應(yīng)的EDS分析顯示，組合物中Al的原子百分比為19.77%。用HCl/NaF處理后的Ta4C3Tx納米片的TEM圖像顯示了MXene層的堆疊基面(圖1C)。 為了進(jìn)一步表征MAX相向ta4c3tx mqd的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，進(jìn)行了X射線(xiàn)衍射(XRD)分析。我們的數(shù)據(jù)表明，在Ta4C3Tx MQDs樣品中，MXene的主要特征峰(002)清楚地出現(xiàn)在7° 2θ處(圖2A，b)。同時(shí)，剝離和水熱處理后，Ta4AlC3峰明顯下移。特別是，1G° 2θ處的一個(gè)主要最大相位峰完全從ta4c3tx mqd的XRD譜圖中移除。此外，在ta4c3tx mqd的XRD圖中發(fā)現(xiàn)了10°和30° 2θ之間的微小無(wú)定形曲線(xiàn)(圖2B，C)。此外，在50° 2θ的MAX相的XRD譜中碳化鉭(Ta2C)的污染峰在ta4c3txmqd的XRD譜中完全消失，反映了合成的效率和最終產(chǎn)物的純度。 鋁蝕刻的Ta4C3Tx的XRD圖顯示了mqd的原子結(jié)構(gòu)中擴(kuò)大的晶格間距(圖2B)。這種膨脹很大程度上歸因于合成過(guò)程中的表面官能化。因此，這些特征證明了表面改性的ta 4c3txmqd的成功生產(chǎn)。 圖2.合成態(tài)Ta4C3Tx量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)和化學(xué)組成的表征。a–C)ta4c3txmqd的XRD相位特征在5°至80° 2θ時(shí)進(jìn)行。我們的XRD數(shù)據(jù)顯示了ta4c3txmqd中MXene材料在7° 2θ處的主要特征(002)峰。mqd的高分辨率XRD分析描繪了含Al峰的顯著下移，這有力地證實(shí)了Ta4C3Tx MXenes的合成。主要根據(jù)碳化鉭、碳化鉭氧化物和氧化鉭相的標(biāo)準(zhǔn)參考代碼(96-210-3218、ICSD156383和v-alumina).)匹配峰MQDs的FTIR分析。我們的FTIR數(shù)據(jù)顯示在mqd的表面上清楚地形成了額外的官能團(tuán)。FTIR光譜在3500 cm-1顯示了一個(gè)寬峰，這可能是由于量子點(diǎn)中晶格參數(shù)的擴(kuò)展。e)這些mqd的寬掃描XPS光譜顯示，在合成過(guò)程中，結(jié)合能為64-80和115-125 eV的主要Al 2p和Al 2s峰被顯著地從材料成分中提取出來(lái)。我們的XPS調(diào)查還顯示了定義明確的MXene特征(Ta4f、Ta4p、C1s、O1s、c12p、na2s和F1s ),與MAX相結(jié)構(gòu)相比，表面功能化程度較高。此外，Ta4f、C1s和O1s的窄光譜證實(shí)了Ta4c3txmqd的成功合成。 圖3.Ta4C3Tx量子點(diǎn)的熱物理和光吸收特性。a–C)氬氣和大氣條件下ta4c3txmqd的TGA/DSC分析。a)在氬氣下，ta4c3tx mqd的TGA分析表明，ta4c3txmqd在高達(dá)800℃的溫度下退火后，對(duì)材料的表面終止或分解沒(méi)有顯著影響。B)此外，我們的數(shù)據(jù)顯示，在350℃后沒(méi)有顯著的質(zhì)量損失，并且在該溫度范圍內(nèi)，焦炭殘留高于90%。c)然而，在正常的大氣條件下，由于»600之后的氧化過(guò)程，ta4c3txmqd的TGA曲線(xiàn)顯示了質(zhì)量百分比的穩(wěn)定增加。d)ta4c3txmqd的紫外-可見(jiàn)光譜顯示了在300 nm區(qū)域的強(qiáng)劑量依賴(lài)性吸收，對(duì)應(yīng)于橫向碳結(jié)構(gòu)，以及在大約900nm處的額外寬吸收峰。e，f)在404和808nm下，測(cè)得新型ta4c3txmqd的計(jì)算分別為0.525和0.573Lg-1cm-1。g)ta 4c 3 tx mqd的ζ電勢(shì)在2至12的pH范圍內(nèi)很大程度上是負(fù)的(大約0至-30mV)。在pH高于10時(shí)，注意到mqd的表面電荷略有增加，這可能是由于在強(qiáng)堿性條件下顆粒官能團(tuán)的性質(zhì)變化。 Ta4C3Tx量子點(diǎn)的熱學(xué)、光學(xué)和表面性質(zhì) MXene納米結(jié)構(gòu)的表面性質(zhì)由其合成條件決定。在這方面，必須應(yīng)用有效的制造方法來(lái)獲得具有所需表面終端和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的MXene材料。 在當(dāng)前的研究中，使用TGA評(píng)估了ta4c 3txmqd的穩(wěn)定性。 我們的ta4c3txmqd的TGA曲線(xiàn)描繪了在150和300℃之間的輕微質(zhì)量損失，并且在大約g00時(shí)其炭殘余為10%(圖3A)。然而，我們的熱重分析數(shù)據(jù)顯示，350℃后幾乎沒(méi)有質(zhì)量損失，在此溫度范圍內(nèi)，其殘?zhí)扛哌_(dá)91%(圖3B)。有趣的是，我們的TGA數(shù)據(jù)表明，將ta4c3txmqd退火至800℃對(duì)其表面終止沒(méi)有顯著影響，并且不會(huì)導(dǎo)致材料的顯著分解位置。在高于800℃的退火溫度下觀察到少量質(zhì)量增加(1% ),這很可能歸因于雜質(zhì)的氧化或材料的輕微分解。相比之下，在正常大氣條件下生成的ta4c3txmqd的TGA曲線(xiàn)顯示，從900c開(kāi)始，由于氧化過(guò)程，其質(zhì)量百分比持續(xù)增加(圖3C)。從我們的結(jié)果中可以看出，在氬氣和大氣條件下，差示掃描量熱法(DSC)曲線(xiàn)的熱流數(shù)據(jù)與獲得的熱重分析結(jié)果非常一致(圖3B，C)�？傊�，這些數(shù)據(jù)支持當(dāng)前研究中采用的無(wú)HF方案能夠成功合成高度穩(wěn)定的Ta4C3Txmqd。 Ta4C3Tx量子點(diǎn)的生物相容性 利用與人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)的共培養(yǎng)物在體外評(píng)估合成的Ta4C3Tx MQDs的生物相容性。內(nèi)皮細(xì)胞形成了血管的內(nèi)層，并作為身體和靜脈注射的納米材料之間的第一接觸點(diǎn)。這些細(xì)胞在炎癥調(diào)節(jié)、coag形成和向不同組織的營(yíng)養(yǎng)輸送中也起著重要作用。因此，內(nèi)皮毒性會(huì)顯著限制納米材料未來(lái)的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。 活性氧的增加還會(huì)誘導(dǎo)常駐組織巨噬細(xì)胞釋放促炎細(xì)胞因子，并干擾體內(nèi)植入生物材料的抗炎和免疫調(diào)節(jié)特性。因此，在當(dāng)前的研究中，我們首先評(píng)估了Ta4C3Tx MQDs的存在是否會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞中產(chǎn)生任何ROS。將huvecs在有或沒(méi)有不同劑量的ta4c3tx mqd(磷酸鹽緩沖鹽水(PBS)中的2至100 mg mL-1)的情況下培養(yǎng)24小時(shí)。使用CellROX綠色熒光染料評(píng)估細(xì)胞內(nèi)ROS水平。從我們的數(shù)據(jù)中可以明顯看出，在本研究使用的濃度范圍內(nèi)，ta4c3txmqd沒(méi)有增加細(xì)胞內(nèi)ROS水平(圖4A，B)。 圖4.ta4c3txmqd的活性氧產(chǎn)生和生物相容性的評(píng)估。a)使用綠色熒光探針評(píng)估HUVECs中的總細(xì)胞ROS。b)與對(duì)照相比，用濃度為2至100mgmL-1的ta4c3txmqd培養(yǎng)不會(huì)增加總細(xì)胞ROS。c)此外，使用綠色熒光探針評(píng)估胱天蛋白酶-3/7的激活，與對(duì)照相比，濃度為2至100mg mL-1的Ta4C3Tx MQDs沒(méi)有增加凋亡激活。d)使用LDH釋放試驗(yàn)在不同的MQD濃度(0.5至20 mg mL-1)下評(píng)估3天時(shí)的生物相容性。在MQD處理組和對(duì)照組之間沒(méi)有觀察到最大LDH釋放的顯著增加。e)使用WST-1細(xì)胞增殖試驗(yàn)在不同的MQD濃度(0.5至20 mg mL-1)下評(píng)估7天的生物相容性。在MQD處理組和對(duì)照組之間沒(méi)有觀察到細(xì)胞增殖的顯著差異。 Ta4C3Tx量子點(diǎn)的免疫調(diào)節(jié)特性 使用活化的HUVECs和的共培養(yǎng)物在體外研究了ta4c3txmqd的免疫調(diào)節(jié)特性人外周血單核細(xì)胞。作為血液和組織之間的屏障，內(nèi)皮細(xì)胞在器官移植排斥反應(yīng)的病理生理學(xué)中起著至關(guān)重要的作用。同種異體移植(供體來(lái)源)后，內(nèi)皮細(xì)胞被激活并充當(dāng)受體免疫系統(tǒng)的抗原呈遞細(xì)胞，導(dǎo)致免疫激活、血管損傷和隨后的同種異體移植物(供體器官)排斥。特別是，促炎性1型T輔助細(xì)胞(TH1)的募集對(duì)同種異體移植排斥的發(fā)展和進(jìn)展至關(guān)重要。因此，在這項(xiàng)研究中，我們使用活化的HUVECs、PBMNCs和TH1細(xì)胞作為器官移植排斥的模型，檢測(cè)了ta4c3txmqd的免疫調(diào)節(jié)作用(圖5)。 圖5.ta4c3txmqd免疫調(diào)節(jié)作用的體外評(píng)價(jià)。a)體外免疫調(diào)節(jié)模型的示意圖。ta4c 3txmqd與HUVECs相互作用，減少共培養(yǎng)淋巴細(xì)胞的炎癥活化。b)ta4c3txmqd對(duì)人淋巴細(xì)胞的細(xì)胞毒性評(píng)估。當(dāng)用2mg mL-1的mqd處理淋巴細(xì)胞時(shí)，沒(méi)有觀察到顯著的細(xì)胞毒性。c)顯示體外免疫調(diào)節(jié)評(píng)估時(shí)間線(xiàn)的示意圖。用Ta4C3Tx MQDs預(yù)處理HUVECs，用IFN-γ活化，然后與人淋巴細(xì)胞共培養(yǎng)9天。d)用于免疫調(diào)節(jié)分析的流式細(xì)胞儀門(mén)控策略。單個(gè)淋巴細(xì)胞通過(guò)CD3+CD4+門(mén)進(jìn)行門(mén)控。e)IFN-γ和IL-4的細(xì)胞內(nèi)染色分別用于鑒定TH1和TH2輔助性T細(xì)胞。f)當(dāng)人淋巴細(xì)胞與活化的huvecs共培養(yǎng)時(shí)，用2mg mL-1的ta4c3txmqd處理降低了TH1細(xì)胞的百分比。g)在共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，未觀察到TH2細(xì)胞百分比的顯著差異。 Ta4C3Tx在體內(nèi)免疫調(diào)節(jié) 為了了解Ta4C3Tx MQDs的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制，我們研究了Ta4C3Tx MQDs與HUVECs的直接相互作用。有趣的是，在本研究中發(fā)現(xiàn)Ta4C3Tx MQDs被內(nèi)皮細(xì)胞快速攝取，并定位于細(xì)胞核附近（圖6A）。Ta4C3Tx MQDs表面豐富的帶負(fù)電荷的羥基、羧基、氯、氟和胺基官能團(tuán)可能促進(jìn)了這種內(nèi)化。此外，Ta4C3Tx MQDs表面電荷的ph依賴(lài)性變化（圖3G）可能促進(jìn)了它們內(nèi)化后不久的內(nèi)吞體逃逸。由于Ta4C3Tx MQDs的負(fù)電荷較小，它們可以與核內(nèi)體的膜相互作用，逃逸到細(xì)胞質(zhì)中。這最終允許它們與核蛋白和細(xì)胞質(zhì)蛋白相互作用，并參與隨后的免疫調(diào)節(jié)信號(hào)傳導(dǎo)。 為了深入了解Ta4C3Tx MQDs誘導(dǎo)的免疫調(diào)節(jié)信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制，我們?cè)贖UVECs中進(jìn)行了基于定量聚合酶鏈反應(yīng)（qPCR）的基因表達(dá)分析（圖6B，C）。如圖所示（圖6B，C），Ta4C3Tx MQDs沒(méi)有顯著改變與抗原呈遞相關(guān)的基因（IRF1、TAP1、HLA-A、B2M、HLA-DRα、CIITA）、細(xì)胞粘附（PECAM-1、V-E-鈣粘蛋白）、淋巴細(xì)胞募集（VCAM-1、ICAM-1、P-Seleletin）或趨化因子信號(hào)（CCL-2、CXCL9、CXCL10）的表達(dá)。 圖6.ta4c3txmqd免疫調(diào)節(jié)作用的機(jī)理評(píng)估。a)光學(xué)顯微鏡顯示，培養(yǎng)24小時(shí)后，ta4c3tx mqd易于內(nèi)化到HUVECs中。b，C)針對(duì)涉及抗原呈遞、細(xì)胞粘附、淋巴細(xì)胞募集和趨化因子信號(hào)傳導(dǎo)的基因進(jìn)行定量PCR分析。用IFN-γ激活HUVECs導(dǎo)致促炎信號(hào)的增加。在用20 mg mL-1的ta4c3txmqd處理的細(xì)胞和載體對(duì)照之間沒(méi)有觀察到顯著差異。d)發(fā)現(xiàn)用Ta4C3TxMQDs處理改變了活化的HUVECs表面上T細(xì)胞共抑制劑PD-L1和T細(xì)胞共激活劑CD86的表達(dá)。PD-L1的內(nèi)皮表達(dá)顯著增加，用20mgmL-1的ta4c3txmqd治療后，觀察到CD86減少的趨勢(shì)。e)ta4c3txmqd的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制的示意圖。mqd通過(guò)主動(dòng)內(nèi)吞作用被內(nèi)化到細(xì)胞中，之后它們的表面結(jié)構(gòu)促進(jìn)了內(nèi)體逃逸。然后它們參與免疫調(diào)節(jié)信號(hào)，改變表面輔激活因子和輔抑制因子的比例，從而導(dǎo)致T細(xì)胞活化減少。 最后，利用大鼠異體移植血管病變模型，探討合成的Ta4C3Tx MQDs在體內(nèi)的免疫調(diào)節(jié)作用。實(shí)體器官移植后，供體內(nèi)皮損傷和激活導(dǎo)致受體體內(nèi)同種反應(yīng)性t淋巴細(xì)胞的激活。同種異體移植物最終丟失的病理機(jī)制之一是同種異體移植物血管病變的發(fā)展。這種炎癥狀態(tài)的獨(dú)特表現(xiàn)是移植的心臟、肺和腎臟內(nèi)的血管加速狹窄。目前建立的治療方法基本上無(wú)效，基于ta4c3Txmxene的免疫調(diào)節(jié)可能為這一治療挑戰(zhàn)提供一種新的治療方法。 在本研究中，從雄性Lewis大鼠的胸降主動(dòng)脈中移植到雄性斯普拉格-dawley大鼠的腹主動(dòng)脈（圖7A-C）。圖7D所示，移植動(dòng)物的腹主動(dòng)脈組織學(xué)切片與假手術(shù)動(dòng)物相比，有明顯的炎癥變化。此外，在對(duì)照組和MQD處理的動(dòng)物之間，內(nèi)皮細(xì)胞增殖和外膜免疫細(xì)胞浸潤(rùn)方面均存在顯著差異（圖7E，箭頭）。 為了量化血管損傷的程度，我們對(duì)阿爾法平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-SMA）進(jìn)行了免疫組化，這是血管完整性的標(biāo)志。同種異體移植物血管病變的早期跡象是免疫介導(dǎo)的表達(dá)內(nèi)側(cè)平滑肌細(xì)胞的α-SMA的丟失。在這里，我們注意到，在對(duì)照組動(dòng)物移植的主動(dòng)脈節(jié)段內(nèi)，內(nèi)側(cè)α-SMA的數(shù)量顯著減少（圖8A）。 圖7。在大鼠主動(dòng)脈移植物血管病變模型中體內(nèi)評(píng)價(jià)ta4c3txmqd的免疫調(diào)節(jié)作用。a)模型的示意圖。將雄性Lewis大鼠的胸降主動(dòng)脈移植到雄性Sprague-Dawley大鼠的腹部。動(dòng)物接受1毫克kg-1體重的Ta4C3Tx MQDs的尾靜脈注射，并保持7天。b)顯示移植主動(dòng)脈段的照片。箭頭代表近端(黑色)和遠(yuǎn)端(白色)吻合。c)對(duì)ta4c3txmqd進(jìn)行體內(nèi)評(píng)估的實(shí)驗(yàn)時(shí)間表。供體移植物在移植前立即采集，并儲(chǔ)存在冰冷的鹽水中，直到移植到受體體內(nèi)。外科手術(shù)完成后立即進(jìn)行Ta4C3Tx MQDs的尾靜脈注射。移植7天后收集血液和組織用于進(jìn)一步分析。d，E)移植的腹主動(dòng)脈段的H&E染色。在移植組中可以觀察到明顯的炎癥跡象。此外，與載體對(duì)照相比，MQD治療組的內(nèi)皮增厚程度和外膜淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)程度似乎有定量減少(插圖和箭頭)。 當(dāng)與原生胸主動(dòng)脈段歸一化時(shí)，移植動(dòng)物的主動(dòng)脈段α-SMA相對(duì)表達(dá)明顯優(yōu)于對(duì)照組（0.8倍，MQDs1.4倍，p < 0.0001；圖8B）。 與這些觀察到的變化一致的是，與Ta4C3Tx MQDs處理的動(dòng)物相比，對(duì)照組移植主動(dòng)脈段內(nèi)觀察到更多的浸潤(rùn)外膜細(xì)胞毒性CD8+t淋巴細(xì)胞（圖8C）。 圖8.ta4c3txmqd體內(nèi)免疫調(diào)節(jié)作用的定量評(píng)估。a)針對(duì)v-SMA的免疫組織化學(xué)顯示了在移植動(dòng)物中移植主動(dòng)脈節(jié)段的介質(zhì)中的顯著破壞，這通過(guò)使用ta4c3txmqd的處理得以改善。b)使用平均熒光強(qiáng)度對(duì)v-SMA進(jìn)行定量，并針對(duì)每只動(dòng)物的非移植胸主動(dòng)脈的一段進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。賦形劑對(duì)照顯示v-SMA的量顯著下降，用ta4c3txmqd處理后有所改善。 c)與賦形劑對(duì)照組相比，在Ta4C3TxMQD處理組之間的移植主動(dòng)脈節(jié)段的外膜中，觀察到cd8+t-淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)的定量減少(顯示為紅色)。d，E)動(dòng)物循環(huán)T淋巴細(xì)胞的流式細(xì)胞分析。單個(gè)淋巴細(xì)胞通過(guò)CD3+CD4+門(mén)進(jìn)行門(mén)控。如此處所示，主動(dòng)脈移植組中CD25+調(diào)節(jié)性t淋巴細(xì)胞的數(shù)量較低，使用1 mgkg-1體重的靜脈注射ta4c3txmqd治療后有所改善。 結(jié)論 綜上所述，本研究的分析介紹了免疫工程碳化鉭（Ta4C3Tx）MXene量子點(diǎn)的合理設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。作為合成的Ta4C3Tx MQDs表現(xiàn)出高濃度的官能面基團(tuán)，以促進(jìn)其在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的作用。通過(guò)體外測(cè)試，這些Ta4C3Tx MQDs表現(xiàn)出與人內(nèi)皮細(xì)胞的直接相互作用，同時(shí)保持良好的生物相容性。特別是，Ta4C3Tx MQDs被快速吸收到ec中，并通過(guò)調(diào)節(jié)表面共激活物和共抑制物分子來(lái)降低其激活異體t淋巴細(xì)胞的能力。此外，當(dāng)應(yīng)用于同種異體移植物血管病變的體內(nèi)模型時(shí)，Ta4C3Tx顯示出強(qiáng)大的免疫調(diào)節(jié)功能，并減少了同種異體移植物血管病變的早期發(fā)展。這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了合理設(shè)計(jì)的ta4c3txmqd在免疫工程和其他生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)和未來(lái)的潛力。 |
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