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巨噬细胞在免疫系统中作用关键，其极化过程中自由基（FR）作用不明且缺乏检测手段。研究人员利用金刚石基量子传感技术开展相关研究，发现 M0、M1、M2 巨噬细胞小泡内 FR 生成不同且随时间变化。该研究为纳米颗粒设计及疾病治疗提供新思路。
在人体复杂精妙的免疫系统中，巨噬细胞堪称一位 “多面手”。它就像免疫系统的 “清道夫”，忙着清除组织里的细菌、病毒、死亡细胞和各种垃圾。同时，它还能通过分化调节炎症，从非激活状态（M0）变成促炎的 M1 型巨噬细胞或者抗炎的 M2 型巨噬细胞。在巨噬细胞的众多功能里，吞噬病原体并在小泡中降解它们的过程尤为关键，而自由基（FR）在这个过程中，以及在巨噬细胞的分化和信号传导方面，都扮演着极为重要的角色。
不过，一直以来，科学家们在研究巨噬细胞极化过程中自由基的作用时困难重重。传统的检测方法难以在亚细胞分辨率下实时探测自由基的产生，这就好比在黑暗中摸索，看不清关键细节，严重阻碍了对相关机制的深入理解，也限制了纳米颗粒在药物递送和免疫治疗方面的应用发展。
为了打破这一困境，国外研究人员开展了一项意义重大的研究。他们利用金刚石基量子传感技术，深入探究极化巨噬细胞内小泡中自由基生成的变化情况。最终，研究取得了一系列重要成果，这些成果发表在《Acta Biomaterialia》上，为该领域带来了新的曙光。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：首先是荧光纳米金刚石（FNDs）技术，FNDs 具有独特的光学和磁学性质，可作为纳米传感器。通过对其表面修饰及制备工艺的精确控制，使其能稳定存在于细胞内并发挥传感作用。其次是 T1 弛豫测量技术，该技术基于 FNDs 中氮 - 空位（NV）中心的特性，能够高灵敏度地检测自由基浓度变化。此外，还利用了共聚焦显微镜成像技术，清晰观察 FNDs 在细胞内的定位及与不同小泡的共定位情况，辅助分析实验结果。
下面来看看具体的研究结果：
- FNDs 对巨噬细胞极化的影响：研究人员发现，FNDs 对巨噬细胞的极化有一定影响。在 M0 和 M1 刺激的培养物中，FNDs 会促进 M2 极化标记物水平上升；但在 M2 刺激组中，FNDs 却使 CD206 这一 M2 极化标记物的水平降低。此前关于纳米颗粒与巨噬细胞相互作用的研究结论不一，而该研究为这一复杂的领域提供了新的数据和视角。
- FNDs 在细胞内的位置与巨噬细胞极化状态的关系：在细胞内，FNDs 的位置与巨噬细胞的极化状态密切相关。4 小时时，M0 巨噬细胞内的 FNDs 在早期和晚期内小泡 / 溶酶体中分布较为均匀，24 小时后则主要位于晚期内小泡 / 溶酶体；M1 巨噬细胞内的 FNDs 在 4 小时和 24 小时都主要集中在晚期内小泡 / 溶酶体；M2 巨噬细胞在 4 小时时，FNDs 在早期和晚期内小泡 / 溶酶体的留存较少，24 小时后几乎不在早期内小泡，在晚期内小泡 / 溶酶体中的数量也仅略有增加，还有大量 FNDs 可能释放到了细胞质或其他未染色的小泡中。这表明不同极化状态的巨噬细胞对 FNDs 的摄取、运输和排泄存在差异。
- 基于 FNDs 的量子传感监测自由基生成变化：利用 FNDs 作为量子传感器监测 T1 值（T1 值与自由基水平呈反比）发现，M0 细胞培养 24 小时后的 T1 值比 4 小时时降低了 50%，这意味着 24 小时后自由基浓度更高，可能与晚期内小泡 / 溶酶体的高氧化还原活性有关；M1 激活的巨噬细胞 T1 值最低，即自由基生成量最高，且 4 小时内溶酶体活性较高，24 小时后略有下降；M2 巨噬细胞 4 小时时 T1 值显著低于 M0 巨噬细胞、高于 M1 细胞，24 小时培养后 T1 值无明显变化。这充分展示了不同极化状态巨噬细胞内小泡中自由基生成的差异和变化规律。
在研究结论和讨论部分，该研究成果意义非凡。金刚石基量子传感技术为研究巨噬细胞内小泡中的自由基生成提供了强有力的工具，相比传统方法，它具有更高的空间分辨率，能够实现小泡特异性测量。研究人员还首次关注到巨噬细胞对极化的长期反应，发现了 FNDs 对极化方向的轻微影响，这在需要特定巨噬细胞表型的情况下可能具有潜在应用价值。不过，为了让 FNDs 更好地作为传感器和药物纳米载体，未来还需要开发合适的表面修饰方法，确保其对巨噬细胞极化呈惰性。总体而言，这项研究为深入理解巨噬细胞极化过程中自由基的作用奠定了基础，有望推动纳米颗粒在个性化医学中的优化设计，为疾病治疗开辟新的路径，在生命科学和健康医学领域具有广阔的应用前景。
