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近日，《自然·納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）在線發(fā)表化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院黃衛(wèi)華教授課題組在單細(xì)胞電分析領(lǐng)域的最新研究成果。論文題目為“NanosensorDetection of Reactive Oxygen and Nitrogen Species Leakage in Frustrated Phagocytosis of Nanofibers”（納米電極監(jiān)測巨噬細(xì)胞沮喪吞噬納米纖維過程中ROS/RNS泄漏）。武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院2020級博士研究生齊昱婷為第一作者，黃衛(wèi)華教授和法國巴黎高師Christian Amatore教授為通訊作者，武漢大學(xué)、法國巴黎高師和天津大學(xué)為署名單位。

機(jī)體吸入環(huán)境暴露的高長徑比惰性納米纖維（石棉、玻璃纖維、碳納米管等）后，肺泡巨噬細(xì)胞會迅速識別這些異物并試圖將其吞噬。然而由于纖維狀材料高長徑比和難于分解的特性，巨噬細(xì)胞難于對其快速清除，從而形成“沮喪吞噬”模式。在此過程中，巨噬細(xì)胞內(nèi)的NADPH氧化酶（NOX）和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）會持續(xù)產(chǎn)生活性氧和活性氮（ROS/RNS）消化纖維。由于吞噬腔始終未封閉，大量產(chǎn)生的ROS/RNS可能會從吞噬口泄漏到胞外，對周圍肺組織細(xì)胞造成損傷并引發(fā)疾病。在過去幾十年里，研究人員采用ROS/RNS染色以及活體實(shí)驗(yàn)對碳納米管和石棉等納米纖維材料的研究均支持這一假設(shè)。然而，因缺乏合適的傳感器，ROS/RNS泄露一直未能直接監(jiān)測，且該過程中各類活性物質(zhì)的化學(xué)組成及其時空動態(tài)變化特征仍然未知。

針對沮喪吞噬假說，黃衛(wèi)華教授團(tuán)隊(duì)將鉑黑納米線電化學(xué)傳感器（SiC@PtNWS）定位在巨噬細(xì)胞吞噬口處，實(shí)現(xiàn)了對沮喪吞噬玻璃納米纖維的過程中4種主要ROS/RNS（ONOO-，H2O2，NO和NO2-）泄露通量的實(shí)時定量監(jiān)測。結(jié)果表明，在玻璃纖維吞噬各階段，ROS/RNS釋放存在明顯時間差異。相較于細(xì)胞頂部，吞噬口處存在大量ROS/RNS泄露，且隨吞噬進(jìn)行持續(xù)增加直到吞噬口封閉泄漏。NOX和iNOS參與動態(tài)調(diào)控ROS/RNS的物質(zhì)組成。相關(guān)數(shù)據(jù)定量展示了單個巨噬細(xì)胞沮喪吞噬玻璃納米纖維時ROS/RNS產(chǎn)生的時空特征，從而描繪出巨噬細(xì)胞應(yīng)對惰性高長徑納米材料的動態(tài)免疫調(diào)節(jié)過程。體外共培養(yǎng)和活體實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明，持續(xù)且大量的ROS/RNS泄漏會導(dǎo)致外周細(xì)胞嚴(yán)重受損，最終轉(zhuǎn)化為慢性炎癥和肺損傷。

綜上，該工作采用高靈敏電化學(xué)納米傳感器，從定量測量和酶動力學(xué)角度證實(shí)了巨噬細(xì)胞沮喪吞噬過程ROS/RNS的泄露假說，實(shí)驗(yàn)結(jié)果構(gòu)建了單細(xì)胞行為變化到肺組織損傷之間橋梁，對于深入理解高長徑比納米材料環(huán)境暴露導(dǎo)致的相關(guān)疾病具有重要意義。

該工作得到了國家自然科學(xué)基金、天津大學(xué)傅平青團(tuán)隊(duì)和武漢大學(xué)科研公共服務(wù)條件平臺的支持。

   論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41565-023-01575-0