通过人类细胞的浓度依赖性转录组学分析研究纳米材料的毒理学潜力

《Toxicology Letters》：Toxicological Potential of Nanomaterials by Concentration-dependent Transcriptomics of Human Cells

方雯迪|田明明|苟晓|徐霞|张晓伟

中国吉利jiang大学能源环境与安全工程学院，中国浙江省杭州市学院街258号，310018

摘要

纳米材料改变的生物通路可用于预测对人类和野生动物的潜在危害。然而，纳米材料的粒径、电荷和化学组成对其在细胞系统中生物通路的影响在很大程度上仍不清楚。本研究利用基于降低的人类转录组（RHT）技术的浓度依赖性转录组分析，在A549细胞中获得了十种典型金属氧化物纳米材料的生物通路特征。我们进一步分析了粒径、电荷和化学组成对这些纳米材料影响下的生物通路的作用。所有被十种金属氧化物纳米材料激活的通路都与炎症、DNA损伤和细胞凋亡有关；然而，这类材料的转录组效应相差两个数量级以上。此外，化学组成、粒径和电荷相似的纳米材料更可能根据改变的通路特征聚类在一起。此外，小粒径的 manganese oxide 纳米材料更可能干扰代谢、细胞成分和发育通路，而高电荷的 manganese oxide 纳米材料更可能激活应激反应、DNA损伤和激素信号通路等通路。基于浓度依赖性的转录组分析可以提供有关生物通路及其效应的信息，这些信息可为未来的纳米材料毒性评估和绿色金属氧化物纳米粒子设计提供参考。

章节摘录

引言

在过去二十年里，纳米材料被广泛应用于 various 生物医学研究领域。例如，新的纳米粒子（NPs），如 manganese oxide 纳米材料，常用于生物成像、生物传感、药物递送和肿瘤治疗。氧化铟锡（ITO）纳米粒子（氧化铟（In₂O₃）和氧化锡（SnO₂）的混合物）主要用于液晶显示器（LCDs），而其他纳米材料，如 TiO₂ 纳米粒子，则常用于防晒霜和食品添加剂中。

纳米材料信息

本研究使用的十种纳米材料包括八种具有不同尺寸（Mn2O3-30 nm 和 Mn2O3-100 nm）、电荷（Mn3O4-30 nm 和 MnO2-50 nm）和化学组成（SnO2、In2O3、95In2O3（In2O3:SnO2=95:5）和 90In2O3（In2O3:SnO2=90:10））的特定纳米粒子（NPs），以及两种常用的纳米粒子（ZnO 和 TiO2）。这些材料由 UCLA 医学院 Tian Xia 教授的研究小组提供。实验使用中，这些纳米材料被分散在添加了 10% FBS 的 DMEM 培养基中。

这十种纳米材料的抑制浓度（IC10）范围为 3.0 至 37.5 μg/mL。在所有 MnxOy 纳米粒子中，MnO₂-50 的细胞毒性最强；90In₂O₃ 的细胞毒性大于 95In₂O₃、In₂O₃ 和 SnO₂（图 2A）。

RHT 测序结果（可在 Zenodo 上获取，DOI: 10.5281/zenodo.19228902）显示，文库的测序深度在 54,437 到 2,680,817 个读数之间，符合后续转录组分析的要求。

结论

（Liu et al. (2021)）

田明明：方法学、数据管理。方雯迪：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、正式分析。苟晓：方法学、数据管理。张晓伟：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金获取。徐霞：方法学。

显示 A549 细胞中差异表达基因的表格（XLSX 格式）。