基于微电极阵列神经芯片研究纳米材料对神经网络电活动的改变

目前，纳米材料在工业及日常生活中被广泛应用，但是关于其对健康的影响却知之甚少，因此，对于纳米材料毒性的研究极为重要。许多研究都表明直径小于100 nm的纳米材料可以被传输到神经系统，但是关于纳米材料对神经元电活动的影响却少见报道。

本研究利用微电极阵列神经芯片技术，在微电极阵列表面原代培养鼠皮层神经元，进而检测纳米炭（carbon black, CB）、纳米氧化铁（Fe2O3）和纳米二氧化钛（TiO2）对皮层神经元网络电生理活动的影响。通过透射电镜（transmission elec⁃tron microscopy,TEM）和光栅扫描电镜（raster scanning elec⁃tron microscopy,REM）研究神经元对纳米材料的摄入情况，同时，利用流式细胞仪技术检测活性氧簇（reactive oxygen spe⁃cies,ROS）在胞内聚集程度。结果表明，纳米材料可以引起神经元网络电活动的改变，3种纳米材料均呈浓度依赖性地抑制神经元放电，而纳米TiO2的抑制作用最明显。同时，神经元动作电位的数目及发放频率均明显减少，而纳米材料种类的不同，引起的改变也不一样。此外，REM检测发现纳米材料附着于细胞表面，TEM检测结果也表明纳米材料被神经细胞摄入，沉积于细胞内。纳米TiO2与细胞共培养24 h可以引起神经元和神经胶质细胞的胞内ROS聚集，而低浓度的纳米CB和Fe2O3却不会引起自由基水平的明显改变。

本研究结果表明，较低浓度的纳米材料即可通过干扰神经网络的电活动产生神经毒性作用，其具体的作用机制与纳米材料的种类有关。