胃壁细胞和小肠杯状细胞分泌：一种新型细胞介导的体内金属纳米颗粒代谢途径通过中草药增强腹泻

介绍

随着纳米技术及其应用的快速发展，各种各样的工程纳米结构材料现在被用于制药、生物医学产品和其他行业。新兴的纳米技术产品对未来经济增长和发展具有巨大潜力，但纳米技术对环境和人类健康的风险仍未完全了解。为了研究纳米粒子对人体的影响、它们与生物系统的相互作用以及它们的潜在风险评估，纳米毒理学已被视为一门新的多学科学科，越来越受到政府和科学家的关注，并将纳米材料的生物安全性作为关键科学问题。迄今为止，许多报告都与纳米粒子与人体细胞之间的相互作用密切相关。例如，一些纳米粒子如氧化石墨烯、金纳米团簇和碳点可以进入细胞质或细胞核，诱导细胞周期停滞或细胞凋亡、肺肉芽肿形成，并刺激免疫细胞分泌某些细胞因子 [1,2, 3].

随着新型分子成像技术的发展，金纳米粒子、银纳米粒子、磁性纳米粒子和量子点等金属纳米粒子作为多功能治疗诊断试剂被积极研究，并用于体内靶向成像、磁致加热、光热或光动力疗法，或作为高效药物输送系统，以及其他应用。已经观察到这些基于金属纳米粒子的多功能纳米探针位于肿瘤部位，其中一部分也位于肝脏和脾脏组织中，可以分布在整个肾脏、肺和脑组织中 [4,5,6, 7,8,9,10]。由于肾脏只能清除直径小于 5 nm 的纳米颗粒，因此大多数纳米颗粒很难以这种方式去除 [11, 12]。因此，如何清洁体内金属纳米粒子已成为一个具有挑战性的关键科学问题。然而，直到今天，还没有令人信服的替代途径和详细的机制来从人体中去除金属纳米粒子。因此，如何在体内清洁金属纳米粒子成为我们关注的问题。

迄今为止，金属纳米颗粒主要通过静脉、口服和腹腔三种途径进入机体，其中静脉注射是最常用的方法，因为其快速分布于全身[4,13,14] .然而，如果可能的话，生物体对这些类型纳米粒子的金属核的降解是极其困难的，这导致了主要问题，即残留纳米粒子积累的影响。应该指出的是，体内金属纳米粒子的质量取决于纳米粒子诱导的生物活性和有害毒性之间的平衡。从毒理学的角度来看，只有当足够数量的纳米颗粒位于目标部位时才会引起毒性作用，而从生物体中排出是停止位于细胞和组织中的过量纳米颗粒作用的最佳方式。因此，正确理解它们的清除途径对于任何医学应用和全面的风险评估都至关重要。

有一些研究与从体内组织或器官（如肾脏、肝脏和肺）中清除纳米颗粒有关 [15,16,17]。然而，这些实验仅提供有关从单个器官而不是整个身体去除颗粒的清除机制的信息 [18]。至于全身体内清除，已经报道了静脉注射纳米颗粒的两种主要排泄途径，即肝胆系统（HBS）-粪便途径，用于无法像某些类型的磁性纳米颗粒那样被生物体生物降解的较大纳米结构[19, 20]，以及小尺寸纳米粒子的肾-尿液途径，例如量子点、富勒烯、金纳米团簇和其他类型的直径小于 5 nm 的金纳米粒子 [16, 21, 22]。然而，这两种途径对体内金属纳米颗粒的清除率有限。

苏里斯等人。证明二氧化硅纳米颗粒以高浓度积累在肠壁中，静脉注射的 50-100 nm 二氧化硅纳米颗粒在肝脏中的浓度远低于肠壁和粪便中的浓度 [20]。另一项研究表明，大至 500 nm 的纳米粒子无论经过何种修饰都可以从鱼体中清除，而且 500 nm 粒子的清除速度比 50 nm 粒子的清除速度更快、更有效，尽管较大的纳米粒子远远超出了能力范围。哈佛商学院 [23]。这些数据表明HBS途径可能不是体内纳米颗粒的主要排泄途径，体内纳米颗粒可能存在其他排泄途径。

肠道杯状细胞 (GC) 是高度极化的排泄细胞，存在于整个肠道中。这些特化的上皮细胞被认为通过合成和分泌多种介质在肠道中发挥重要的保护作用 [24,25,26]。王等人。据报道，杯状细胞 (GC) 可以吸收纳米颗粒 [27]，而 Sun 等人。发现静脉注射的纳米颗粒分布在肠道 GC 中 [28]。然而，迄今为止，纳米颗粒与肠道 GC 之间的相互作用仍未得到详细研究。具体来说，没有报告完全阐明这些纳米颗粒如何能够进入 GCs 细胞，以及这些纳米颗粒是否分布在整个肠道组织的 GCs 中。为了阐明金属纳米颗粒进入肠道组织的排泄途径，阐明肠道 GCs 在这种新型纳米颗粒排泄途径中的作用至关重要。由于金属纳米颗粒可以通过 HBS 排泄并进入肠道，因此我们专注于区分 HBS 介导的排泄和肠道 GC 介导的排泄（方案 1）。

纳米颗粒的肠道GCs排泄途径

本研究选择磁性纳米粒子、银三角纳米粒子、金纳米团簇、金纳米棒等四种常见的金属纳米粒子作为研究对象。由于金纳米棒的特征光学性质，它们可作为通过双光子激发观察纳米粒子肠道分布的工具，而其他三种类型的粒子则作为各种其他金属纳米材料的代表性例子。通过结扎胆总管制备小鼠模型，以防止 HBS 与肠道之间的连接。将金属纳米粒子通过尾静脉注射到小鼠体内，然后饲养裸鼠，收集粪便7天，最后处死动物，收集肠道组织和胃组织，切片，最后分析使用高分辨率透射验电器和 ICP-MS 研究金属纳米颗粒在肠组织中的分布。此外，在 CBD 结扎的小鼠粪便中测量了金属纳米颗粒的存在。此外，在本研究中，为了进一步揭示GCs和PCs的纳米颗粒分泌机制，我们使用了最近开发的中草药诱导的小鼠腹泻模型。

材料和方法

三角形银纳米片的合成与表征

三角形银纳米片是通过 Mirkin [29] 及其同事先前描述的程序合成的，并进行了一些修改 [30]。在室温下使用空气进行的典型实验中，AgNO3（0.1 mM，100 mL）、柠檬酸三钠（30 mM，6 mL）、PVP（30 kDa 分子量，0.7 mM，6 mL）和 240 30 mL H2O %) 依次加入到 250 mL 的烧瓶中。剧烈摇动烧瓶中的合并溶液后，快速注入 0.8 mL 新鲜制备的 0.1 M NaBH4 溶液。在几秒钟内，溶液的颜色变成黄色，表明产生了银纳米球。在接下来的几个小时内，将烧瓶置于阳光或荧光灯下，直到溶液变成蓝色，颜色不再发生变化（最多 5 h）。并将最终溶液储存在 4°C 冰箱中以备进一步使用。

使用 1 cm 光程比色皿通过 UV-vis-NIR 光谱仪（UV-3600，Shimadzu，Japan）测量制备溶液的吸收光谱。光谱在 200 至 950 纳米范围内收集，狭缝为 2 纳米。通过在 1.5 mL 微量离心管中离心总共 10 mL 溶液后，将碳包覆铜 TEM 网格浸入 1 mL 去离子水中的聚集纳米粒子，在 JEM-200CX（JEOL，日本）上进行透射电子显微镜分析在 25 °C 下以 6000 rpm 的速度保持 30 分钟。从透射电镜图像中共选取200片三角形银纳米片，统计计算其边缘尺寸分布。

根据我们之前的报道[31,32,33]合成并表征了超顺磁性磁铁矿（Fe3O4）纳米颗粒、金纳米团簇和金纳米棒，并在室温下储存。

胆总管结扎动物模型的制备

健康的雌性 Wistar 大鼠 (180-220 g) 和雌性粗鲁小鼠 (20-22 g) 获自 Shanghai Slac Laboratory Animal Co. Ltd.（中国上海）。所有动物实验均按照相关法律和机构指南进行。所有动物实验均经上海交通大学机构动物护理和使用委员会批准（NO.SYXK2007-0025）。胆总管按照 Lee 最初描述的方法进行结扎，并进行了一些修改 [34]。简而言之，这些小鼠用戊巴比妥 (25 mg/kg) 麻醉并固定在木制手术床单上。做一个中腹部切口，仔细分离腹部组织以清楚地暴露 CBD。将两根直径为 0.2 mm 的无菌尼龙医用外科缝合线（上海金环工业有限公司，中国上海）穿入 CBD 下方，并在 CBD 一段的两端制作三个节点（图 1）。 1b、c)。最后，然后在两端之间切断 CBD，最后关闭腹部。胆总管结扎后第14天，每只小鼠采血检测主要肝功能。

三角形银纳米片的表征。 一 所制备溶液的紫外-可见光谱。 b 离心后聚集的银纳米颗粒的 TEM 图像。 c 所选三角形银纳米片的尺寸分布（TEM 图像中的 200 个纳米颗粒）

将纳米粒子注射到小鼠体内

完成CBD结扎后，12只小鼠随机分为四组：对照组1、纳米银片试验组、磁性纳米颗粒试验组、金纳米团簇试验组。另一个对照组由五只没有 CBD 结扎的小鼠组成。对照组小鼠静脉注射0.9% NaCl水溶液，试验组小鼠注射三角形银纳米片、磁性纳米颗粒、金纳米棒、金纳米团簇等纳米颗粒悬液，剂量为150 μL。 550 μg/mL)。所有四种纳米颗粒悬浮液在使用前通过超声处理 1 分钟新鲜分散。小鼠吸入5%异氟醚麻醉至肌张力松弛，然后分别用1 mL注射器静脉注射4种纳米颗粒悬液。

纳米粒子在组织中的分布

注射金属纳米颗粒悬液后第7天，麻醉小鼠，取出肠组织，10%甲醛固定24 h后石蜡包埋。使用 Leica RM2135 旋转切片机制备 5 μm 厚的固定样品切片。最后，切片用酒精脱水并用苏木精和伊红染色。在相差显微镜（Olympus，RX-71，日本）下观察样品切片。

注射金属纳米颗粒悬液后第7天，小鼠划伤后立即取肠组织和胃组织，固定于2.5%戊二醛溶液中。固定的样品在乙醇中连续脱氢并用环氧树脂包埋。之后，制备超薄肠标本并用高分辨率TEM（FEI，Tecnai G2 Spirit Biotwin，USA）进行观察。

同一天，在处死后立即收集他们的肠组织，并使用体内成像系统（IVIS-100 成像系统，Caliper）结合冷电荷耦合器件（CCD）相机和红色荧光蛋白进行成像(DsRed) 过滤器（Caliper Life Sciences）。通过Living Image 3.2软件（Caliper Life Sciences）获取和分析荧光信号的图像和测量值。

粪便的金属含量

此外，在注射后7 d内收集所有小鼠粪便，称量粪便并用王水加热消化。最后采用ICP-MS（Agilent 7500a，美国）测定溶液中金属金属含量。

中药提取物的制备

将番泻叶10 g、大黄2 g、大麻果提取物1 g加入100 mL水中，加热至100 ℃保温10 分钟，然后用两层纱布过滤[35]。最后，收集滤液并在减压下浓缩至0.3 g/mL。番泻叶提取物制备如下，试验前4 °C保存。

杯状细胞分析

首先将6只雄性昆明小鼠随机分为两组：对照组和腹泻组；两者分别通过灌胃（0.1 mL）每天用生理盐水和中草药提取物处理7 天。灌胃给药后第7天处死小鼠，收集肠组织，肠和胃组织在Tissue Tek OCT中冷冻，并在Leica CM 1510 S低温恒温器（Sakura Funetek，USA）上切片。 8 μm切片用阿尔辛蓝（1%阿尔坎蓝8GX在3%冰醋酸中）染色5 分钟，最后用蒸馏水冲洗。该样品在洗涤前在 1% 高碘酸中氧化，然后在 Schiff 试剂中处理 15 分钟。使用倒置显微镜记录组织切片的图像。在带正电的载玻片上收集胃组织进行双光子发光成像。

肠道组织和粪便的金含量

简言之，将9只雄性昆明小鼠根据处理的不同分为三组：对照组、结扎组和结扎 + 腹泻组。然后，给这些小鼠静脉注射 100 μL GNR（1 mg/mL）。尾静脉注射后第二天，对照组和结扎组给予生理盐水处理，结扎组 + 腹泻组同时给予中草药提取物治疗。在接下来的 7 天中，治疗剂量保持恒定并每天通过口服管饲法 (0.1 mL) 给药。第七天，处死小鼠，将肠组织在 Tissue Tek OCT 中冷冻，并在 Leica CM 1510 S 低温恒温器（Sakura Funetek，美国）上切片。在带正电的载玻片上收集切片 (8 μm) 用于双光子发光成像。注射后收集所有小鼠粪便。粪便称重并用王水加热消化。最后采用ICP-MS（Agilent 7500a，美国）测定溶液中的金属金含量。

统计分析

每个实验重复三次，一式两份。结果表示为平均值 ± SD。使用 t 评估统计差异 在 P 进行测试和考虑 <0.05.

结果与讨论

纳米粒子的合成和表征

三角形银纳米片采用快速热合成法合成，具有良好的水溶性。更重要的是，这些纳米颗粒的特殊三角形形状使其易于通过电子显微镜识别。如图 1 所示，在紫外-可见光谱中，制备的银纳米粒子在 648.5 纳米处显示出一个强峰，对应于面内偶极子表面等离子体带，在较低波长处显示出两个中等峰，对应于面内（482 nm) 和面外 (333 nm) 四极共振，表明三角形结构的形成 [36]，离心后收集的银纳米粒子的 TEM 图像进一步证实了这一点。 TEM 图像（图 1b）显示，制备的批次确实包含银纳米球亚群，这可能有助于在 389 nm 处出现 SPR 峰 [36]。聚集的三角形银纳米片的边长为44.3 nm，具有良好的单分散分布。

制备了直径为 20 nm 的磁性纳米粒子和直径为 5 nm 的 Au 纳米团簇，它们的表征分别显示在附加文件 1：图 S1 和 S2 中。 Au 纳米棒的 TEM 图像和紫外/可见光谱显示在附加文件 1：图 S3 中。

CBD结扎小鼠模型的制备

胆总管 (CBD) 结扎术是一种众所周知的实验模型，用于诱导肝胆汁淤积性纤维化 [37, 38]。在这里，我们在 CBD 结扎的小鼠中进行了实验，以完全阻断 HBS 和肠道之间的连接（图 2a、b），确保金属纳米板在静脉注射后仅通过血流输送到肠道组织。与正常对照组相比，由于胆汁淤滞，治疗组在 CBD 结扎后 14 天后胆总管壁的直径和厚度显着增加（图 2d）。此外，如图 2e 所示，结扎组的 TBIL 和 AST 水平显着高于对照组。这些结果表明CBD结扎小鼠模型成功建立后，胆总管完全阻塞，HBS与肠道的连接完全切断，从而诱发胆汁淤积和肝胆汁淤积性纤维化[39]。

一 HBS 与肠道关系的示意图。 b, c CBD 的结扎（白色箭头）。 d CBD 结扎后第 14 天的 CBD 肿胀（白色箭头）。 e 检查主要肝功能。 *P <0.05

四种纳米颗粒对肠道组织的影响

通常，肠上皮提供半透性屏障，允许少量不同大小和特性的分子通过主动和被动机制穿过完整的上皮。通常，分子越大，越不可能穿过该屏障。然而，一旦肠道内壁发炎或受损，随着细胞之间的空间打开，肠上皮细胞就更难将异物和大颗粒拒之门外 [40, 41]。考虑到纳米颗粒可能是导致肠组织病理变化和肠壁通透性增加导致纳米颗粒通过肠壁的原因，我们对暴露于肠道组织的肠组织进行了组织病理学检查。四种不同类型的纳米粒子：磁性纳米粒子、银三角纳米粒子、金纳米棒和金纳米团簇。如图 3 所示，对照组和测试组之间没有观察到显着差异，也没有其他组织学变化，例如炎症浸润 [42]。结果表明，这些金属纳米颗粒没有引起肠道组织的病理变化，从而消除了纳米颗粒从细胞间隙渗漏的可能性。

CBD结扎小鼠不同肠组织样本的组织病理学显微切片。 一 对照组：通过尾静脉注射生理盐水的小鼠（上图）。 b 试验组：尾静脉注射三角银纳米片悬液处理小鼠（下图）

金属纳米颗粒在肠道 GC 中的分布

GC 是存在于整个肠道的四种主要细胞类型之一，负责通过合成和分泌称为粘蛋白的高分子量糖蛋白来产生和保存保护性粘液毯，从而促进消除肠道内容物和提供抵御由摄入的食物、微生物和微生物产品引起的物理和化学损伤的第一道防线 [43, 44]。由于粘液含量高，GCs 很容易被识别。如图 6 所示，三角形银纳米片位于整个肠道的肠道 GCs 内，可以获得它们从 GCs 分泌的不同阶段。图 4d 显示了一些三角形银纳米片是如何通过 GC 分泌出来并进入肠道的。图 4e 显示包裹在肠道 GC 粘液内容物中的一些三角形银纳米片已准备好被分泌。在图 4f 中，显示了一些三角形银纳米片是如何从 GC 中排出的，而另一些则仍在其中。从 TEM 图像中，我们发现一些三角形银纳米片以聚集模式显示（图 4（a2、d 和 e），绿色箭头），而其他则处于分散模式（图 4（a1、b1、 b2、c1、c2 和 f)，白色箭头）。聚集是纳米颗粒的常见现象，通常当它们在细胞中的浓度大大增加时观察到 [45]。相反，降低纳米颗粒的浓度会阻止它们的聚集。

三角形银纳米片在 CBD 结扎小鼠肠道 GC 中的分布。 CBD结扎小鼠组于结扎后7 天尾静脉注射三角形纳米银片。不同肠道组织的肠道 GC。 A 十二指肠，三角形银纳米片以聚集模式（绿色箭头）显示，而一些三角形银纳米片处于分散模式（白色箭头）。 B 空肠，三角形银纳米板位于肠道 GC（白色箭头）。 C 回肠和一些三角形的纳米银片被排出体外，而一些还在里面。 D 结肠，一些三角形的银纳米片被分泌出来并进入肠道。 E , F 直肠，一些三角形的纳米银片已经准备好排出体外（分散模式，白色箭头），而其他的还在里面（聚集模式，白色箭头）

对于金纳米团簇、磁性纳米粒子和金纳米棒，也观察到了类似的结果，如附加文件 1：图 S4、S5 和 S6 中所示。这些结果清楚地表明这三种金属纳米粒子位于肠道GCs内部，间接支持这些金属纳米粒子可能被GCs途径清除。

尽管 GC 分布在整个肠道，但它们对总上皮体积的贡献并不相同。在小鼠的小肠中，GCs 的体积密度从十二指肠到回肠逐渐增加。这种趋势在大肠道中继续存在，结肠上皮中 GC 的密度也从近端到远端增加，从结肠到直肠 [43]。基于三角形银纳米片、磁性纳米颗粒和金纳米团簇存在于整个肠道的肠道 GC 中，并且 GC 对总上皮体积的贡献完全不同，我们认为大肠可能是主要的肠道GCs排泄途径的排泄场所。

由于它们的特征形状，三角形银纳米片很容易通过 TEM 成像在到达 GC 的建议途径中描述的位置区分。然而，尽管使用该技术无法将磁性纳米颗粒和金纳米团簇与其他结构区分开来，但附加文件 1：图 S4 显示 CBD 连接组的肠道仍然具有一定量的金纳米团簇，这使我们能够结论上述GC排泄机制也适用于其他类型的金属纳米粒子。

此外，如附加文件 1：图 S7 所示，ICP-MS 结果清楚地表明这些纳米颗粒仍然可以从结扎小鼠的身体中分泌出来。这些结果证明肠道组织的杯状细胞参与了纳米颗粒排泄的重要途径。

金属纳米颗粒在肠道血管中运输的潜在机制

上述结果表明，这四种金属纳米粒子（磁性纳米粒子、银三角纳米粒子、金纳米棒和金纳米团簇）分布在整个肠道的 GCs 中，但纳米粒子进入 GCs 的方式尚不明确。阐明。由于 CBD 结扎的小鼠模型是通过尾静脉注射金属纳米颗粒悬浮液处理的，因此这些纳米颗粒只能通过血流进入肠道。 TEM 成像显示，一些三角形银纳米片确实位于血球中（图 5a，白色箭头）。更重要的是，先前的研究表明，小尺寸的纳米颗粒可以通过整个循环系统的血球输送[46]。在图 5b 中可以看出，一些三角形银纳米片穿过血管膜（绿色箭头），而一些三角形银纳米片位于血球中（红色箭头）。因此，如图 8 所示，我们推断三角形银纳米片由血球运输，然后释放到血浆中，然后通过肠道血管的血管壁膜，最终到达 GC。 <图片>

Distribution of triangular silver nanoplates in the intestinal vessels of mice with CBD ligation. 一 Triangular silver nanoplates located in the blood corpuscle (white arrows). b Triangular silver nanoplates penetrated into the vascular wall (green arrows), while some located in the blood corpuscle (red arrows)

Goblet Cell Analysis Assay

Goblet cells play a key role in the excretion pathway of nanoparticles. In this study, we found that metal nanoparticles can be secreted from these goblet cells. Following this statement, if the secretion process of the goblet cells is accelerated, it would theoretically be possible that the excretion of nanoparticles will also increase. To address this, we established a diarrhea model induced by a Chinese herb used in traditional medicine. In order to explore how diarrheic processes influence the secretion of GCs, a histological analysis of the intestinal GCs was conducted. It must be acknowledged that an increased number of intestinal tissue goblet cells increases the mucin production [47]. As shown in Fig. 6, in the diarrhea groups, the total number of goblet cells in the small intestinal and the large intestinal were significantly higher compared to the controls. In addition, the percentage and number of cavitated goblet cells in the intestinal tissues were significantly higher in the diarrhea groups compared to the controls. These observations let us assert that the amount of intestinal tissue cells increases in response to diarrhea, suggesting an increased excretion by the GCs. These results are consistent with data reported previously [47].

Photomicrographs of intestinal tissue stained with Alcian Blue/Schiff’s reagent to visualize goblet cells. Images are representative of mice treated with saline (Ligation groups) and senna leaf (ligation + diarrhea groups) with arrows indicating non-cavitated goblet cell (green arrow) and cavitated goblet cell (red arrow) secreting mucin. All bars are 100 μm

Gold Contents of the Intestinal Tissues and the Feces

It has been reported that the two-photon action cross-section (TPACS) of a nanorod can reach 2320 GM, which is much higher than that of organic fluorophores and within the range of that of quantum dots, providing a promising approach to detect the distribution of the gold nanorods in biological tissues using two-photon excitation [48, 49]. In this part of the study, in order to observe the intestinal distribution of nanoparticles in the ligation groups and the ligation + diarrhea groups, two-photon luminescence of the AuNRs core was measured. As shown in Fig. 7, the gold contents of small and large intestinal were significantly higher for the ligation groups compared with those observed in ligation + diarrhea groups. The gold elemental contents in intestinal tissues were quantified by ICP-MS 7 days after tail vein injection. The gold contents of intestinal tissues were significantly higher in the ligation groups compared to that in the ligation + diarrhea groups (P  < 0.001) throughout the study (Fig. 7). These results indicate that the level of excreted nanoparticles by the goblet cells of the diarrhea groups is higher than that of any of the other groups.

Two-photon-laser scanning confocal microscopy images of intestinal tissue sections at 7 days after tail vein injection of GNRs (excitation 780 nm, emission 601–657 nm)

In the next experiment, we analyzed the gold contents in the feces of mice. As shown in Fig. 8a, the gold contents of feces were significantly higher in the control group compared to that in the ligation groups or the ligation + diarrhea groups (P  < 0.001). Moreover, in the ligation + diarrhea groups, the gold contents were significantly higher than in the ligation groups (Fig. 8a). These results suggest that diarrhea accelerates the process of nanoparticles being secreted by the intestinal goblets cells. Combined with quantitative analysis of gold elements in feces, we further proved that the goblet cells of intestinal tissues are involved in an important pathway for the excretion of nanoparticles.

Content of GNRs at the intestinal tissues 7 days after injection (a ), and gold element content of feces (b ) based on ICP-MS analysis. ***P  < 0.01, showing a significant difference between ligation groups and ligation + diarrhea groups

Effects of Parietal Cells on Gastric Secretion of Metal Nanoparticles

Parietal cells are mainly distributed in the bottom of the stomach and the gastric body, which secrete hydrochloric acid and internal factor. Furthermore, we found that gold nanoclusters distributed in the gastric tissues of mice with CBD ligation (Additional file 1:Figure S4B). Therefore, we hypothesized that parietal cells may be involved in the excretion of nanoparticles. As expected, from two-photon luminescence images, it was found that gold nanorods are distributed in the gastric tissues (Fig. 9a, b). In addition, as Fig. 9c, d shows, we observed that triangular silver nanoplates are distributed in the parietal cells of gastric tissue. Combined with the previous research results, we speculate that the parietal cells are involved in the secretion of nanoparticles.

Distribution of nanoparticles in the gastric tissue. (a ) 和 (b ):Two-photo-laser scanning confocal microscopy images of intestinal tissue sections 7 days after tail vein injection of GNRs (Excitation:780 nm, Emission:601-657 nm). (c ) TEM image of the gastric parietal cells; (d ) Triangular silver nanoplates located in the gastric parietal cells (white arrows)

结论

In summary, we successfully prepared and applied triangular silver nanoplates, magnetic nanoparticles, gold nanorods, and gold nanoclusters as tracking agents. Mice with CBD ligation were treated with the previously prepared nanoparticles via tail vein injection to study the gastric-intestinal tissue distribution and excretion of these nanoparticles. We also analyzed the excretion pathways of gold nanoclusters and magnetic nanoparticles. It must be stated that gold nanoclusters are mainly cleaned away via kidney urinary pathway, whereas magnetic nanoparticles are mainly removed from the organism via HBS pathway. As the excretory capabilities of kidney and HBS for in vivo applications of metal nanoparticles are very limited, the GCs and PCs excretion pathway may provide another important alternative way for the excretion of these nanoparticles. Concerning this issue, we also found that the process of nanoparticles secreted from GCs and PCs is accelerated by diarrhea, further proving that the GCs and PCs represent an important pathway for the excretion of metal nanoparticles. Admittedly, our knowledge is still limited with respect to the in vivo clearance of nanoparticles as, for example, the concrete mechanism underlying the GCs and PCs secretion pathways, and the clearance efficiency of nanoparticles in intestinal GCs, thus further investigations are urgently needed. To sum up, this novel pathway of in vivo clearance of metal nanoparticles has great potential in short-term applications such as new drug design and development, nanoparticle-based labeling and in vivo tracking, and biosafety evaluation of in vivo nanoparticles.

缩写

CBD:

Common bile duct

CCD：

电荷耦合器件

GCs:

Goblet cells

GNRs:

金纳米棒

HBS:

Hepato-biliary

PCs:

Parietal cells

System Fe3O4 :

Superparamagnetic magnetite

TEM：

透射电子显微镜

TPACS:

Two-photon action cross-section