用于实时评估金属有机框架毒理学特征的电池-基底传感

摘要

以下研究利用电池-基板阻抗传感（ECIS）评估所选金属有机框架的毒理学特征，这是一种实时，高通量筛选技术。

摘要

金属-有机骨架（MOFs）是通过金属离子和有机接头在有机溶剂中的配位形成的杂化物。MOFs在生物医学和工业应用中的实施引起了对其安全性的担忧。在此，在暴露于人肺上皮细胞时评估了选定的MOF（沸石咪唑框架）的轮廓。评估平台是一种实时技术（即电池-基板阻抗传感[ECIS]）。本研究确定并讨论了所选MOF对暴露细胞的一些有害影响。此外，这项研究证明了使用实时方法与其他生化测定相比进行全面细胞评估的好处。该研究得出的结论是，观察到的细胞行为变化可能暗示暴露于不同物理化学特征的MOFs以及正在使用的这些框架的剂量时可能引起的毒性。通过了解细胞行为的变化，人们预见了通过专门定制其物理化学特性来改进MOFs用于生物医学应用的安全设计策略的能力。

引言

金属-有机骨架（MOF）是通过金属离子和有机接头^1,2在有机溶剂中结合而形成的杂化物。由于这种组合的多样性，MOFs具有结构多样性³，可调孔隙率，高热稳定性和高表面积^4,5。这些特性使它们在各种应用中具有吸引力的候选者，从气体储存^6,7到催化^8,9，以及从造影剂10,11到药物输送单元^12,13。然而，在此类应用中实施MOF引起了人们对其对用户和环境安全性的担忧。例如，初步研究表明，当细胞暴露于用于MOF^合成的金属离子或接头时，细胞功能和生长会发生变化1,14,15。

研究方案

1. ZIF-8合成

1. 在本例中，使用1：10：100（金属：接头：溶剂）的质量比来合成ZIF-8。为此，测量出六水合硝酸锌，并记录测量结果。利用示例质量比计算接头、2-甲基咪唑和溶剂（即甲醇）所需的量。
2. 将六水合硝酸锌和接头放入两个不同的玻璃小瓶中。将计算量的甲醇量的一半加入六水合硝酸锌中，另一半加入接头中。让每种溶液溶解。
3. 将两种溶液（即分别含有金属和接头的溶液）结合起来。将装有反应组合溶液的容器放在搅拌板上，并在室温（RT）下以700rpm搅拌24小时。

2. ZIF-8系列

1. 上述反应结束后（即24小时后），将溶液放入50mL离心管中，并以3,075× g 离心5分钟（使用等量并平衡转子）。从离心管中取出任何上清液。
2. 向离心管中加入甲醇 （5-15 mL） 并重新分散颗粒。
3. 重复离心和洗涤步骤至少两到四次。最后一次洗涤后，排出上清液。
   注意：洗涤步骤去除任何非沉淀物质。
4. 取下管子的盖子，将封口膜胶带放在顶部;随后，在封口膜上戳洞。将装有样品的试管置于室温的真空室中干燥24小时。

3. ZIF-8表面形貌（扫描电子显微镜[SEM]）

讨论

先前的分析表明，ECIS可用于评估暴露于分析物（即碳纳米管³⁵，药物⁴³或纳米粘土¹⁶）的细胞的行为。此外，Stuekle等人使用ECIS评估暴露于纳米粘土及其副产物的BEAS-2B细胞的毒性，发现细胞行为和附着取决于此类材料的物理化学特性⁴²。在此，我们提出确定BEAS-2B细胞响应暴露于MOFs的可能变化，从而有助于旨在区分ZIF-8对 体?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
4-[3-(4-idophenyl)-2-(4-nitrophenyl)-2H-5-tetrazolio]-1,3-benzene disulfonate (WST-1 assay)	Roche	5015944001
0.25% Trypsin-EDTA (1x)	Gibco	25255-056
100 mm plates	Corning	430167
1300 Series A2 biofume hood	Thermo Scientific	323TS
2510 Branson bath sonicator	Process Equipment & Supply, Inc.	251OR-DTH
2-methylimidazole, 97%	Alfa Aesar	693-98-1
5 mL sterile microtube	Argos Technologies	T2076S-CA
50 mL  tubes	Falcon	352098
96W10idf well plates	Applied Biophysics	96W10idf PET
96-well plates	Fisherbrand	FB012931
Biorender	Biorender	N/A
Countess cell counting chamber slides	Invitrogen	C10283
Countess II FL automated cell counter	Life Technologies	C0916-186A-0303
Denton Desk V sputter and carbon coater	Denton Vacuum	N/A
Dimethly sulfoxide	Corning	25-950-CQC
DPBS/Modified	Cytiva	SH30028.02
Dulbecco's modified Eagle medium	Corning	10-014-CV
ECIS-ZΘ	Applied Biophysics	ABP 1129
Excel	Microsoft	Version 2301
Falcon tubes (15 mL)	Corning	352196
Fetal bovine serum	Gibco	16140-071
FLUOstar OPTIMA plate reader	BMG LABTECH	413-2132
GraphPad Prism Software (9.0.0)	GraphPad Software, LLC	Version 9.0.0
HERAcell 150i CO2 Incubator	Thermo Scientific	50116047
Hitachi S-4700 Field emission scanning electron microscope equipped with energy dispersive X-ray	Hitachi High-Technologies Corporation	S4700 and EDAX TEAM analysis software
ImageJ software	National Institutes of Health	N/A
Immortalized human bronchial epithelial cells	American Type Culture Collection	CRL-9609
Isotemp freezer	Fisher Scientific
Methanol, 99%	Fisher Chemical	67-56-1
Parafilm sealing film	The Lab Depot	HS234526A
Penicillin/Steptomycin	Gibco	15140-122
Sorvall Legend X1R Centrifuge	Thermo Scientific	75004220
Sorvall T 6000B	DU PONT	T6000B
Trypan blue, 0.4% solution in PBS	MP Biomedicals, LLC	1691049
Vacuum Chamber	Belart	999320237
Zinc Nitrate Hexahydrate, 98% extra pure	Acros Organic	101-96-18-9