基于微電極陣列神經芯片研究納米材料對神經網絡電活動的改變

目前，納米材料在工業及日常生活中被廣泛應用，但是關于其對健康的影響卻知之甚少，因此，對于納米材料毒性的研究極為重要。許多研究都表明直徑小于100 nm的納米材料可以被傳輸到神經系統，但是關于納米材料對神經元電活動的影響卻少見報道。

本研究利用微電極陣列神經芯片技術，在微電極陣列表面原代培養鼠皮層神經元，進而檢測納米炭（carbon black, CB）、納米氧化鐵（Fe2O3）和納米二氧化鈦（TiO2）對皮層神經元網絡電生理活動的影響。通過透射電鏡（transmission elec?tron microscopy,TEM）和光柵掃描電鏡（raster scanning elec?tron microscopy,REM）研究神經元對納米材料的攝入情況，同時，利用流式細胞儀技術檢測活性氧簇（reactive oxygen spe?cies,ROS）在胞內聚集程度。結果表明，納米材料可以引起神經元網絡電活動的改變，3種納米材料均呈濃度依賴性地抑制神經元放電，而納米TiO2的抑制作用最明顯。同時，神經元動作電位的數目及發放頻率均明顯減少，而納米材料種類的不同，引起的改變也不一樣。此外，REM檢測發現納米材料附著于細胞表面，TEM檢測結果也表明納米材料被神經細胞攝入，沉積于細胞內。納米TiO2與細胞共培養24 h可以引起神經元和神經膠質細胞的胞內ROS聚集，而低濃度的納米CB和Fe2O3卻不會引起自由基水平的明顯改變。

本研究結果表明，較低濃度的納米材料即可通過干擾神經網絡的電活動產生神經毒性作用，其具體的作用機制與納米材料的種類有關。