Name: 用于实时评估金属有机框架毒理学特征的电池-基底传感 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-05-26T12:30:00.000+00:00
Duration: 4 min 53 s
Description: 了解利用电池-基底阻抗传感技术实时评估金属有机框架对人肺上皮细胞的毒性效应。该方法可无试剂连续监测细胞行为变化，为纳米材料生物安全性评价提供高通量筛选手段。

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本工作部分由美国普通医学科学研究所（NIGMS）T32项目（T32 GM133369）和美国国家科学基金会（NSF 1454230）资助。此外，感谢西弗吉尼亚大学共享研究设施和应用生物物理学提供的协助与支持。

1. ZIF-8 的合成
<ol>
	<li>以本示例为例，使用1:10:100（金属：连接剂：溶剂）的质量比合成ZIF-8。为此，称取六水合硝酸锌并记录称量值。利用该示例质量比，计算所需连接剂2-甲基咪唑以及溶剂（即甲醇）的用量。</li>
	<li>将六水合硝酸锌和连接剂分别放入两个不同的玻璃小瓶中。将计算所得甲醇量的一半加入六水合硝酸锌中，另一半加入连接剂中。使两种溶液分别充分溶解。</li>
	<li>将两种溶液（即分别含有金属和连接剂的溶液）混合。将混合后的反应液置于搅拌器上，在室温（RT）条件下以700 rpm转速搅拌反应24小时。</li>
</ol>
2. ZIF-8 的收集
<ol>
	<li>上述反应完成后（即 24 小时后），将溶液转移至 50 mL 离心管中，在 3,075 × g 条件下离心 5 分钟（使用等量样品并平衡转子）。移除离心管中的上清液。</li>
	<li>向离心管中加入甲醇（5–15 mL），重新分散颗粒。</li>
	<li>至少再重复离心和洗涤步骤 2 至 4 次。最后一次洗涤后，弃去上清液。 
	注意：洗涤步骤可去除所有未沉淀的物质。</li>
	<li>取下管盖，并在管口覆盖封口膜；随后在封口膜上扎若干小孔。将装有样品的离心管置于室温下的真空干燥箱中干燥 24 小时。</li>
</ol>
3. ZIF-8 表面形貌（扫描电子显微镜 [SEM]）
<ol>
	<li>将ZIF-8的干燥粉末固定在导电胶带上，并用金-钯溅射120秒，以防止扫描电镜分析过程中可能产生的电荷积累。</li>
	<li>将显微镜的加速电压设为15 kV。使颗粒成像清晰，并调整放大倍数（使用的放大倍数包括500x、1,000x、1,500x、4,000x、10,000x、20,000x、30,000x和40,000x）。</li>
	<li>在能够同时清晰评估颗粒尺寸和形貌的放大倍数下对颗粒成像（建议针对5 µm、10 µm和20 µm的颗粒考虑相应的观察范围）。</li>
	<li>至少从三个不同的视野采集数据，且对每个视野应考虑使用不同的放大倍数。</li>
</ol>
4. ZIF-8 元素组成
<ol>
	<li>按照扫描电镜（SEM）成像的步骤进行操作。</li>
	<li>使用扫描电镜（SEM）显微镜的能谱仪（EDX）单元，分析样品的元素组成。</li>
	<li>确保扫描电镜（SEM）的加速电压和放大倍数与能谱仪（EDX）显示器相匹配。关闭扫描电镜（SEM）显微镜上的红外相机。</li>
	<li>在能谱仪（EDX）显示器上，进入采集谱图界面，并设置采集时间为 200 秒。建议采用此设置，以避免颗粒充电和分解，从而防止产生错误的分析结果。</li>
	<li>从至少三个不同的视野中采集数据。采集完成后，分析数据并确定目标元素。</li>
</ol>
5. 细胞培养
<ol>
	<li>在添加了5%胎牛血清（FBS）和0.2%青霉素/链霉素的培养基中培养永生化BEAS-2B细胞。 
	注意：应使用第5至10代的细胞，以确保所用细胞批次未发生任何表型改变37（所有试剂均列于材料表中）。</li>
	<li>取一个100 mm细胞培养皿，向其中加入10 mL培养基，并加入1 mL BEAS-2B细胞悬液。</li>
	<li>将培养皿放入培养箱（37 °C，5% CO2）中，使细胞生长。</li>
	<li>24小时后检查培养皿，判断细胞是否已达到80%融合度。此处80%融合度是指贴壁细胞所覆盖的表面百分比。若未达到，更换培养基，继续培养细胞直至达到80%融合度。</li>
</ol>
6. 细胞计数
<ol>
	<li>当培养板中的细胞融合度达到 80% 时，移除培养板中的培养基。用 5 mL 磷酸盐缓冲液（PBS）清洗培养板。</li>
	<li>从培养板中移除 PBS。向培养板中加入 2 mL 胰蛋白酶，并将其放入培养箱（37 °C，5% CO2）中孵育 2 分钟。</li>
	<li>向培养板中加入 2 mL 培养基，用移液器反复吹打以使细胞脱离培养板。将溶液转移至 15 mL 离心管中，在 123 x g 条件下离心 5 分钟。</li>
	<li>移除离心管中的上清液，加入 2 mL 培养基。用移液器反复吹打以重新悬浮细胞。</li>
	<li>取一个 1.5 mL 离心管，加入 20 µL 台盼蓝，然后加入 20 µL 细胞悬液（台盼蓝与细胞悬液的体积比为 1:1）。</li>
	<li>取 10 µL 细胞混合液滴加到玻片上，将玻片放入自动细胞计数仪中。等待屏幕对焦清晰后，点击 capture（捕获）。</li>
	<li>屏幕上将显示活细胞数量和细胞活力。测量范围为 1 x 104–1 x 107 个细胞。</li>
	<li>也可使用血细胞计数板手动计数细胞。
	<ol>
		<li>将 15–20 µL 经台盼蓝处理的细胞悬液加入血细胞计数板中。</li>
		<li>使用直立显微镜，以 10 倍物镜对准血细胞计数板的网格线进行观察。</li>
		<li>计数四个角区大方格内的细胞总数，将总数除以 4，再乘以 10,000，得到每毫升的活细胞数量。</li>
		<li>计算细胞活力时，将活细胞数与死细胞数相加得到总细胞数，再用活细胞数除以总细胞数。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
7. ZIF-8 剂量的制备
<ol>
	<li>配制浓度为 1 mg/mL 的 ZIF-8 储备液。具体操作为称取适量 ZIF-8，加入去离子水（DI 水）使颗粒悬浮液达到 1 mg/mL 的浓度。</li>
	<li>将 ZIF-8 储备液置于水浴中超声处理（将超声仪设置为脉冲模式），每次超声 30 秒，间隔 30 秒，总时长为 2 分钟。</li>
	<li>通过计算所需储备液和杜氏改良伊格尔培养基（DMEM）的体积，利用公式 C1V1 = C2V2 配制不同浓度的 ZIF-8 溶液用于细胞暴露实验，目标浓度范围为 0–950 µg/mL。 
	注意：本实验中选择的浓度分别为 0 µg/mL、1 µg/mL、10 µg/mL、50 µg/mL、100 µg/mL、250 µg/mL、500 µg/mL、750 µg/mL 和 950 µg/mL。</li>
</ol>
8. 半数抑制浓度（IC50）
<ol>
	<li>细胞计数后，将 BEAS-2B 细胞以 4 × 104 个细胞/mL 的密度接种于 96 孔板中，每孔体积为 100 µL。
	<ol>
		<li>为达到 4 × 104 个细胞/mL 的密度，使用公式 C1V1 = C2V2 计算所需细胞悬液与培养基的混合量。</li>
		<li>确保每个剂量组均保留空白孔；在暴露于 ZIF-8 前保持这些孔为空。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将 96 孔板置于 37 °C、5% CO2 的培养箱中，培养 24 小时，使细胞生长至融合单层。</li>
	<li>移除各孔中的培养基，将 BEAS-2B 细胞暴露于 0–950 µg/mL 浓度梯度的 ZIF-8 中。向对应的空白孔和含细胞孔中各加入 100 µL 的 ZIF-8 溶液。</li>
	<li>将 96 孔板重新放回培养箱中，继续孵育 48 小时以完成暴露处理。</li>
	<li>暴露结束后，向每孔（包括空白孔和含细胞孔）加入 10 µL 的 4-[3-(4-碘苯基)-2-(4-硝基苯基)-2H-5-四唑基]-1,3-苯二磺酸盐（WST-1），孵育 2 小时。培养基保留在孔中，试剂与培养基的体积比为 1:10（试剂:培养基）。</li>
	<li>使用酶标仪在 485 nm 波长下检测吸光度变化。</li>
	<li>通过软件计算细胞活力，确定 IC50 值（见第 10 节）。</li>
</ol>
9. 电细胞-基质阻抗传感（ECIS）
<ol>
	<li>使用96孔板（96W10idf）进行ECIS分析。该板28包含交错指状连接电极，覆盖面积约4 mm2。</li>
	<li>首先，测试所有孔是否均能被传感器读取。为此，将96孔板放置于检测站上，然后点击Setup按钮。</li>
	<li>若各孔连接正常，则显示绿色；未连接的孔将显示为红色。若出现此类情况，请取出并重新插入孔板，再次点击Setup 按钮，直至所有孔均显示有效的绿色读数。</li>
	<li>每孔加入200 µL培养基，稳定电极40分钟，以防止潜在的信号漂移。向每个使用的孔中加入200 µL培养基，然后将96孔板放回ECIS检测站。点击Setup/Check以确保板子正确连接。点击Stabilize。</li>
	<li>电极稳定完成后，从检测站上取下孔板，并移除各孔中的培养基。</li>
	<li>以4 × 104 个细胞/mL的密度，每孔加入100 µL，将BEAS-2B细胞接种至相应孔中，然后将孔板放回培养箱内的ECIS检测站。</li>
	<li>在显示器上点击Check ，确认所有电极均能被检测站的传感器读取。</li>
	<li>选择Multiple Freq/Time （MFT）以设置时间过程测量。程序将在七个不同频率下对每个孔进行测量。</li>
	<li>点击Start 并运行24小时，使细胞形成融合的单层。</li>
	<li>24小时后，含细胞的孔将在显示器上显示出电阻增加。这表明细胞已附着于电极表面。</li>
	<li>在显示器上按下Pause 以停止数据采集。</li>
	<li>按照上述第7节所述步骤，配制高于、低于及等于计算所得IC50值的ZIF-8剂量。</li>
	<li>将ZIF-8纳米颗粒以每孔100 µL的体积分别加入对应的空白孔和细胞孔中，然后将96孔板重新放回检测站。</li>
	<li>再次在显示器上点击Check ，确保传感器正在读取所有电极。点击Resume ，让系统继续运行72小时，以监测细胞行为和附着情况。</li>
	<li>数据采集完成后，在显示器上点击Finish 。为保存文件，点击File &#62; Save As，将数据保存为电子表格文件。</li>
	<li>为获取alpha参数，点击Model。在弹出的窗口中，点击Media-Only Well，然后选择仅含有培养基的孔。</li>
	<li>点击Set Ref.。在显示器上点击Find。</li>
	<li>如果系统显示的孔与所选孔不一致，请重复步骤9.16。</li>
	<li>点击Set。点击Fit T-Range以确定所需的数据采集时间范围。</li>
	<li>在系统处理过程中，点击Alpha。当系统完成分析后，点击Save RbA，并将其保存为电子表格文件。 
	注：请参考制造商网站上提供的ECIS操作手册38。</li>
</ol>
10. 数据分析
<ol>
	<li>扫描电子显微镜
	<ol>
		<li>打开成像软件以分析扫描电镜（SEM）图像。点击 文件 &#62; 打开，然后选择要分析的图像。</li>
		<li>点击 图像 &#62; 类型 &#62; 8 位 将图像转换为灰度图像，以进行阈值操作。</li>
		<li>校准像素距离测量单位至微米。点击 直线 工具并追踪每个待测颗粒的长度。</li>
		<li>点击 分析 然后 设置比例尺已知距离将设置为SEM图像上标尺的长度。已知长度单位将设置为微米。检查 全球 并按压 好的.</li>
		<li>点击 直线 工具并追踪颗粒的直径，然后选择 分析 和 测量记录长度结果。</li>
		<li>对所有采集的图像重复上述操作。为获得合适的统计学评估，需测量至少60个颗粒的直径并计算其平均值。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>EDX
	<ol>
		<li>将所有采集图像中各元素的重量百分比取平均值（参见上述EDX部分）。</li>
		<li>使用电子表格，以各元素为横轴，以其平均元素质量百分比为纵轴，绘制柱状图。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>IC50&#8203;
	<ol>
		<li>对每个重复组的空白孔和剂量孔分别取平均值。</li>
		<li>通过从剂量空白平均值中减去对照空白平均值得到校正空白。通过从各剂量的平均值中减去校正空白，计算每个剂量的真实细胞值。</li>
		<li>从每个剂量的平均对照值中减去校正后的空白值。利用以下公式计算每个剂量的细胞活力：细胞活力 = （真实细胞值 /（对照值 - 校正空白值））× 100。</li>
		<li>对所有其他重复样本重复此步骤。</li>
		<li>将每个重复组的细胞活力取平均值，以获得每个剂量组的最终细胞活力。</li>
		<li>在软件中，选择 XY 点击屏幕上的标签</li>
		<li>将浓度（剂量）值输入 X 列，将每个剂量对应的细胞活力（%）输入 Y 列。</li>
		<li>单击以转换 X 值 分析 &#62; 转化 &#62; 好的，将 X 进行转换：X = Log(X).</li>
		<li>通过选择对 Y 值进行归一化 转换后的数据 片，点击 分析，然后选择 标准化.</li>
		<li>选择 归一化变换 数据表，点击 分析，并选择 非线性回归（曲线拟合）选择 剂量-反应抑制 并点击 对数(抑制剂)与反应-可变斜率（四参数）. 点击 好的 查看结果。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>ECIS
	<ol>
		<li>从电子表格中提取每个重复样本（空白孔和加药孔）的电阻（ohm）列数据，并对 4,000 Hz 频率下的数值进行平均。该频率可用于评估细胞间接触38.</li>
		<li>通过从每份重复样本的平均剂量值中减去平均空白值来计算校正后的电阻值。对每个剂量组的重复样本校正后电阻值取平均。</li>
		<li>对 alpha 值重复相同步骤以计算平均 alpha 参数。以时间（h）为横轴，以每个剂量值对应的平均电阻/alpha 值为纵轴作图。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
11. 统计分析
<ol>
	<li>扫描电子显微镜（SEM）
	<ol>
		<li>在计算 ZIF-8 颗粒平均直径的电子表格文件中，进行标准偏差计算。</li>
		<li>在电子表格中使用 STDEV 函数，选中60个颗粒的数据，然后点击 Enter。针对每个计算出的平均直径绘制标准偏差图。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>能量色散X射线光谱（EDX）
	<ol>
		<li>与扫描电子显微镜（SEM）步骤（11.1.1–11.1.2）类似，使用电子表格中的 STDEV 函数，计算每种平均元素组成的标准偏差。针对每种平均元素组成绘制标准偏差图。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>IC50&#8203;
	<ol>
		<li>打开用于计算 IC50 的软件，点击 分组数据表（Grouped Data Sheet）。</li>
		<li>将 ZIF-8 的剂量输入标记为 A 组、B 组等的行中。将每个剂量及其重复实验的平均细胞活力输入对应 ZIF-8 剂量的列中。</li>
		<li>点击 分析（Analyze），在 列分析（Column Analyses） 下选择 单因素方差分析（One-way ANOVA）（及非参数或混合方法）。</li>
		<li>在 实验设计（Experimental Design） 选项卡中，选择 无匹配或配对（No Matching Or Pairing）。在 残差的高斯分布（Gaussian Distribution Of Residuals） 下选择 是，使用方差分析（Yes use ANOVA）。最后，在 假设标准差相等（Assume Equal SDs） 下选择 是，使用普通方差分析检验（Yes Use Ordinary ANOVA Test）。</li>
		<li>在 多重比较（Multiple Comparisons） 选项卡下，选择 将每列的均值与对照列的均值进行比较。点击 OK 查看结果。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

Evaluating MOF-Induced Cell Behavior Changes by Electric Cell-Substrate Sensing

作者在本研究中无任何利益冲突。

先前的分析表明，ECIS可用于评估细胞在接触分析物（即碳纳米管）后的生物学行为35，药物43，或纳米黏土16此外，Stueckle 等人利用 ECIS 评估了纳米黏土及其副产物对 BEAS-2B 细胞的毒性，发现细胞行为和贴附能力依赖于这些材料的理化特性42在此，我们拟研究BEAS-2B细胞在暴露于金属有机框架材料（MOFs）后可能发生的改变，从而为区分ZIF-8潜在有害效应的相关知识体系提供依据&#160;在细胞系统上 体外，全部以高通量且实时的方式进行。
该分析首先允许评估框架的性质，从而有助于将细胞行为的变化与所测试MOFs的理化性质相关联44。具体而言，在细胞暴露于具有相似元素组成和规则几何结构的MOFs后（见上述结果），分析显示细胞行为发生改变，这可能是由于框架被细胞摄取及其在细胞内的降解特性所致。&#160;特别是在...

金属有机框架（MOFs）是通过金属离子与有机连接体在有机溶剂中结合形成的杂化材料1,2。由于此类组合的多样性，MOFs具有结构多样性3、可调的孔隙率、高热稳定性和高比表面积4,5。这些特性使其在多种应用中具有广阔前景，从气体储存6,7到催化8,9，以及从造影剂10,11到药物递送系统12,13。然而，将MOFs应用于这些领域也引发了关于其对使用者和环境安全性的担忧。初步研究表明，细胞在暴露于用于MOF合成的金属离子或连接体后，其功能和生长会发生改变1,14,15。例如，Tamames-Tabar等人证明，一种基于锌的MOF材料ZIF-8相较于基于锆和铁的MOFs，在人宫颈癌细胞系（HeLa）和小鼠巨噬细胞系（J774）中引起更多的细胞变化。这些效应&#160;可能归因于ZIF-8中的金属组分（即Zn），该组分在框架解体并释放Zn离子后可能诱导细胞凋亡1。类似地，Gandara-Loe等人证明，一种基于铜的MOF材料HKUST-1在浓度达到或超过10 µg/mL时，会导致小鼠视网膜母细胞瘤细胞活力显著降低。这可能归因于在该框架合成过程中掺入的Cu金属离子，一旦释放，便可能在暴露的细胞中引发氧化应激15。
此外，分析表明暴露&#160;具有不同理化特性的MOFs可能导致暴露细胞产生不同的反应。例如，Wagner等人证明，将ZIF-8和MIL-160（一种基于Al的框架结构）用于永生化人支气管上皮细胞的暴露实验时，细胞反应依赖于这些框架结构的理化特性，即疏水性、尺寸和结构特征16互补地，Chen 等人证明，当人正常肝细胞（HL-7702）暴露于 160 µg/mL 的 MIL-100(Fe) 时，细胞活力下降最为显著，这可能是由于该特定框架的金属组分（即 Fe）所致17).
尽管这些研究根据金属有机框架材料（MOFs）的理化特性和暴露浓度对其在细胞系统中的有害效应进行了分类，从而引发了人们对这类材料在实际应用中潜在风险的担忧，尤其是在生物医学领域，但大多数评估依赖于单时间点的比色法检测。例如，已有研究表明，当使用3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基四氮唑溴盐（MTT）和水溶性四氮唑盐（WST-1）检测时，这些生化试剂可能导致假阳性结果&#160;他们的&#160;细胞也暴露于这些颗粒物的相互作用18四唑盐和中性红试剂&#160;已证明对颗粒表面具有高吸附性或高结合亲和力，从而导致检测信号干扰19此外，对于其他类型的检测方法，例如流式细胞术，此前已证明可用于评估细胞在接触金属有机框架材料（MOFs）后发生的变化20,21，研究表明，若要对颗粒物的有害效应进行有效分析，必须克服一些主要问题。特别是颗粒物尺寸的检测范围，尤其是在混合种群（如金属有机框架材料MOFs）中，或在细胞变化前用于校准的参考颗粒物，这些问题亟需解决22还发现，此类细胞计数实验中用于细胞标记的染料可能会干扰细胞所接触的纳米颗粒23.
本研究旨在利用一种实时、高通量的评估方法，检测细胞在暴露于特定金属有机框架材料（MOF）后其行为的变化。实时评估有助于揭示与暴露时间窗口相关的时间依赖性效应16。此外，该方法还可提供有关细胞-基质相互作用、细胞形态以及细胞间相互作用变化的信息，并阐明这些变化如何依赖于目标材料的理化性质及暴露时间24,25。
为验证所提出方法的有效性和适用性，采用人支气管上皮（BEAS-2B）细胞和ZIF-8（一种疏水性沸石咪唑酯骨架结构）16），并采用电细胞基底阻抗传感（ECIS）技术。BEAS-2B细胞是肺部暴露的模型26 并已先前用于评估细胞暴露于纳米黏土及其热降解副产物后的变化26,27,28,&#160;以及评估纳米材料（如单壁碳纳米管（SWCNTs））的毒性18此外，此类细胞已被用作肺上皮功能研究的模型超过30年29ZIF-8因其广泛应用而被选用&#160;在催化中30 以及作为对比剂31 用于生物成像与药物递送32，因此在这些应用中肺部暴露的潜在风险也相应增加。最后，ECIS 是一种非侵入性、实时检测技术，此前已被用于评估细胞黏附、增殖、迁移和形态的变化16,26 由于分析物（包括材料和药物）与暴露细胞之间在实时条件下的多种相互作用16,18,28. ECIS 使用交流电（AC）测量固定在金电极上的细胞的阻抗，通过阻抗变化来反映细胞层电阻和电容的变化&#160;细胞-金基底界面、由细胞间相互作用诱导的屏障功能，以及金电极上的细胞层覆盖33,34使用ECIS可实现无创、实时的纳米级分辨率定量测量26,34.
本研究评估并比较了实时监测MOF诱导的细胞行为变化与单时间点检测方法在操作简便性和评价便捷性方面的优劣。该研究方法可进一步拓展用于评估细胞在暴露于其他关注颗粒物后的反应特征，从而实现“设计即安全”的颗粒物测试，并进一步推动&#160;相关应用的实施。此外，本研究可作为遗传学和细胞学单时间点检测方法的有力补充，有助于更全面地分析颗粒物对细胞群体的有害效应，并可用于高通量筛选此类颗粒物的毒性16,35,36。

<table><tbody><tr><td>&amp;nbsp;4-[3-(4-碘苯基)-2-(4-硝基苯基)-2H-四唑-5-基]-1,3-苯二磺酸钠（WST-1 检测）&amp;nbsp;</td><td>罗氏</td><td>5015944001</td><td></td></tr><tr><td>0.25% 胰蛋白酶-EDTA（1×）</td><td>Gibco</td><td>25255-056</td><td></td></tr><tr><td>100 mm 培养皿</td><td>康宁</td><td>430167</td><td></td></tr><tr><td>1300 系列 A2 生物安全柜</td><td>赛默飞世尔科技</td><td>323TS</td><td></td></tr><tr><td>2510 Branson 超声波清洗器</td><td>工艺设备 &amp;amp; Supply, Inc.&amp;nbsp;</td><td>251OR-DTH</td><td></td></tr><tr><td>2-甲基咪唑，97%</td><td>Alfa Aesar</td><td>693-98-1</td><td></td></tr><tr><td>5 mL 无菌微量离心管</td><td>Argos Technologies</td><td>T2076S-CA</td><td></td></tr><tr><td>50 mL&amp;nbsp; 管&amp;nbsp;</td><td>Falcon</td><td>352098</td><td></td></tr><tr><td>96孔板</td><td>应用生物物理学&amp;nbsp;</td><td>96W10idf PET</td><td></td></tr><tr><td>96孔板</td><td>Fisherbrand</td><td>FB012931</td><td></td></tr><tr><td>BioRender</td><td>BioRender</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Countess 细胞计数板载玻片</td><td>Invitrogen</td><td>C10283</td><td></td></tr><tr><td>Countess II FL 全自动细胞计数仪</td><td>Life Technologies</td><td>C0916-186A-0303</td><td></td></tr><tr><td>Denton Desk V 溅射与碳镀膜仪</td><td>Denton Vacuum</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>二甲基亚砜&amp;nbsp;</td><td>康宁</td><td>25-950-CQC</td><td></td></tr><tr><td>DPBS/改良版</td><td>Cytiva</td><td>SH30028.02</td><td></td></tr><tr><td>杜尔贝科改良伊格尔培养基</td><td>康宁</td><td>10-014-CV</td><td></td></tr><tr><td>ECIS-Z&amp;Theta;</td><td>应用生物物理学&amp;nbsp;</td><td>ABP 1129</td><td></td></tr><tr><td>Excel</td><td>Microsoft</td><td>版本 2301</td><td></td></tr><tr><td>Falcon管（15 mL）</td><td>康宁</td><td>352196</td><td></td></tr><tr><td>胎牛血清</td><td>Gibco</td><td>16140-071</td><td></td></tr><tr><td>FLUOstar OPTIMA 酶标仪</td><td>BMG LABTECH</td><td>413-2132</td><td></td></tr><tr><td>GraphPad Prism 软件（9.0.0）</td><td>GraphPad Software, LLC</td><td>版本 9.0.0</td><td></td></tr><tr><td>HERAcell 150i CO₂ 培养箱&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt; 培养箱</td><td>赛默飞世尔科技</td><td>50116047</td><td></td></tr><tr><td>日立 S-4700 场发射扫描电子显微镜，配备能量色散X射线光谱仪&amp;nbsp;</td><td>日立高新技术公司</td><td>S4700 和 EDAX TEAM 分析软件</td><td></td></tr><tr><td>ImageJ 软件</td><td>美国国立卫生研究院</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>永生化人支气管上皮细胞</td><td>美国模式培养物集存库</td><td>CRL-9609</td><td></td></tr><tr><td>Isotemp 冷冻机</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>甲醇，99%</td><td>Fisher Chemical</td><td>67-56-1</td><td></td></tr><tr><td>Parafilm 封口膜</td><td>实验室用品 depot</td><td>HS234526A</td><td></td></tr><tr><td>青霉素/链霉素</td><td>Gibco</td><td>15140-122</td><td></td></tr><tr><td>Sorvall Legend X1R 离心机&amp;nbsp;</td><td>赛默飞世尔科技</td><td>75004220</td><td></td></tr><tr><td>Sorvall T 6000B</td><td>杜邦</td><td>&amp;nbsp;T6000B</td><td></td></tr><tr><td>PBS 中的 0.4% 台盼蓝溶液</td><td>MP Biomedicals, LLC</td><td>1691049</td><td></td></tr><tr><td>真空室</td><td>Belart</td><td>999320237</td><td></td></tr><tr><td>六水合硝酸锌，98% 优级纯</td><td>Acros Organic</td><td>101-96-18-9</td><td></td></tr></tbody></table>

用于实时评估金属有机框架毒理学特征的细胞电子基底传感技术

Electric Cell-Substrate Sensing for Real-Time Evaluation of Metal-Organic Framework Toxicological Profiles

金属有机框架（MOFs）是由金属离子与有机连接体在有机溶剂中通过配位作用形成的杂化材料。MOFs在生物医学和工业应用中的推广引发了对其安全性的关注。本文针对一种选定的MOF——沸石咪唑酯骨架材料，在暴露于人肺上皮细胞后，对其生物学特性进行了评估。评估所采用的平台为一种实时检测技术，即细胞-基底电学阻抗传感（ECIS）。本研究识别并讨论了该MOF对暴露细胞产生的一些有害效应。此外，研究还展示了与传统生化检测方法相比，实时检测技术在全面评估细胞反应方面的优势。研究结论指出，观察到的细胞行为变化可能提示该MOF暴露可诱导潜在的细胞毒性。

关键词：金属有机框架，沸石咪唑酯骨架材料，细胞-基底电学阻抗传感，人肺上皮细胞，细胞毒性，实时检测&#160;针对具有不同理化特性的金属有机框架材料（MOFs）及其使用剂量。通过理解细胞行为的变化，有望通过精确调控MOFs的理化特性，优化其面向生物医学应用的安全性设计策略。

使用一种常见的 体外 模型细胞系39 （BEAS-2B），本研究旨在验证利用ECIS评估细胞在暴露于实验室合成的金属有机框架材料（MOF）后行为变化的可行性与适用性。这些变化的评估结果通过传统的比色法分析进行了补充。
首先评估了该框架的理化特性，以确保所采用方法的可重复性、所得结果的有效性以及对这些结果的相关讨论。例如，通过扫描电子显微镜（SEM）对ZIF-8的表面形貌进行分析；图像显示，该框架呈现出菱形十二面体形貌40 平均大小为 62.87 nm ± 9.61 nm（图1A）。金属有机框架材料（MOFs）的元素组成通过以下方法确定 通过EDX 能谱分析。结果显示，ZIF-8 的主要元素组成为 C、N 和 Zn（即咪唑酸盐连接体和金属离子 Zn）16) (图1B）。先前的X射线衍射结果...

本研究利用细胞电阻抗传感技术（ECIS）——一种实时、高通量的筛选方法，评估了一种选定金属-有机框架材料的毒理学特征。

金属有机框架（MOFs）是通过金属离子与有机连接体在有机溶剂中配位形成的杂化材料。该方法的实施……

我的研究旨在评估人肺上皮细胞在暴露于金属有机框架材料（由金属离子与有机连接体在有机溶剂中结合形成的杂化材料）后其行为的变化。本研究证明，金属有机框架材料的物理和化学组成及其细胞暴露比例，会以时间和剂量依赖的方式影响人肺上皮细胞的行为。这一过程可实现实时、高通量的记录。我们的研究有助于评估并理解金属有机框架材料在暴露于细胞系统时的毒性作用机制。当前的方法能够以实时且高通量的方式持续监测细胞状态。此外，该方法不依赖任何外源性试剂，从而减少了这些试剂可能对暴露所用框架材料产生的干扰。我们的实验室将继续致力于研究和评估与纳米材料暴露相关的毒性机制，并利用这些信息合成新型且安全的系统，以尽可能降低对使用者或环境的风险，推动其在生物医学应用中的实施。

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