Functionalization of multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) is known to affect the biological response (e.g. toxicity, inflammation) in vitro and in vivo. However, the reasons for these changes in vivo are not well described. This study examined the degree of MWCNT functionalization with regard to in vivo mouse lung distribution, particle retention, and resulting pathology. A commercially available MWCNT (source MWCNT) was functionalized (f-MWCNT) by systematically varying the degree of carboxylation on the particle's surface. Following a pilot study using seven variants, two f-MWCNT variants were chosen and for lung pathology and particle distribution using oropharyngeal aspiration administration of MWCNT in Balb/c mice. Particle distribution in the lung was examined at 7 and 28 days post-instillation by bright-field microscopy, CytoViva hyperspectral dark-field imaging, and Stimulated Raman Scattering (SRS) microscopy. Examination of the lung tissue by bright-field microscopy showed some acute inflammation for all MWCNT that was highest with source MWCNT. Hyperspectral imaging and SRS were employed to assess the changes in particle deposition and retention. Highly functionalized MWCNT had a higher lung burden and were more disperse. They also appeared to be associated more with epithelial cells compared to the source and less functionalized MWCNT that were mostly interacting with alveolar macrophages (AM). These results showing a slightly reduced pathology despite the extended deposition have implications for the engineering of safer MWCNT and may establish a practical use as a targeted delivery system.

中文翻译：

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MWCNT的肺部沉积模式随羧化程度而变化。

已知多壁碳纳米管（MWCNT）的功能会在体外和体内影响生物学反应（例如毒性，炎症）。但是，体内这些变化的原因还没有很好地描述。这项研究检查了关于体内小鼠肺部分布，颗粒保留和所导致病理的MWCNT功能化程度。通过系统地改变颗粒表面的羧基化程度，对市售的MWCNT（源MWCNT）进行功能化（f-MWCNT）。在使用七个变体进行的初步研究之后，选择了两个f-MWCNT变体，并通过在Balb / c小鼠中经口咽抽吸MWCNT进行肺部病理学和颗粒分布。滴注后第7天和第28天，通过明视野显微镜检查肺中的颗粒分布，CytoViva高光谱暗场成像和受激拉曼散射（SRS）显微镜。通过明视野显微镜检查肺组织，发现所有MWCNT都有一些急性炎症，其中以源MWCNT最高。采用高光谱成像和SRS评估颗粒沉积和保留的变化。高度官能化的MWCNT具有较高的肺负担，并且分散性更高。与来源相比，它们与上皮细胞的关联似乎也更多，而功能化程度较低的MWCNT主要与肺泡巨噬细胞（AM）相互作用。这些结果显示，尽管沉积时间延长，但病理学略有降低，这对更安全的MWCNT的工程设计有影响，并可能将其实际用作目标递送系统。和受激拉曼散射（SRS）显微镜。通过明视野显微镜检查肺组织，发现所有MWCNT都有一些急性炎症，其中以源MWCNT最高。采用高光谱成像和SRS评估颗粒沉积和保留的变化。高度官能化的MWCNT具有较高的肺负担，并且分散性更高。与来源相比，它们与上皮细胞的关联似乎也更多，而功能化程度较低的MWCNT主要与肺泡巨噬细胞（AM）相互作用。这些结果显示，尽管沉积时间延长，但病理学略有降低，这对更安全的MWCNT的工程设计有影响，并可能将其实际用作目标递送系统。和受激拉曼散射（SRS）显微镜。通过明视野显微镜检查肺组织，发现所有MWCNT都有一些急性炎症，其中以源MWCNT最高。采用高光谱成像和SRS评估颗粒沉积和保留的变化。高度官能化的MWCNT具有较高的肺负担，并且分散性更高。与来源相比，它们与上皮细胞的关联似乎也更多，而功能化程度较低的MWCNT主要与肺泡巨噬细胞（AM）相互作用。这些结果显示，尽管沉积时间延长，但病理学略有降低，这对更安全的MWCNT的工程设计有影响，并可能将其实际用作目标递送系统。通过明视野显微镜检查肺组织，发现所有MWCNT都有一些急性炎症，其中以源MWCNT最高。采用高光谱成像和SRS评估颗粒沉积和保留的变化。高度官能化的MWCNT具有较高的肺负担，并且分散性更高。与来源相比，它们与上皮细胞的关联似乎也更多，而功能化程度较低的MWCNT主要与肺泡巨噬细胞（AM）相互作用。这些结果显示，尽管沉积时间延长，但病理学略有降低，这对更安全的MWCNT的工程设计有影响，并可能将其实际用作目标递送系统。通过明视野显微镜检查肺组织，发现所有MWCNT都有一些急性炎症，其中以源MWCNT最高。采用高光谱成像和SRS评估颗粒沉积和保留的变化。高度官能化的MWCNT具有较高的肺负担，并且分散性更高。与来源相比，它们与上皮细胞的关联似乎也更多，而功能化程度较低的MWCNT主要与肺泡巨噬细胞（AM）相互作用。这些结果显示，尽管沉积时间延长，但病理学略有降低，这对更安全的MWCNT的工程设计有影响，并可能将其实际用作目标递送系统。高度官能化的MWCNT具有较高的肺负担，并且分散性更高。与来源相比，它们与上皮细胞的关联似乎更多，而功能化程度较低的MWCNT主要与肺泡巨噬细胞（AM）相互作用。这些结果显示，尽管沉积时间延长，但病理学略有降低，这对更安全的MWCNT的工程设计有影响，并可能将其实际用作目标递送系统。高度官能化的MWCNT具有较高的肺负担，并且分散性更高。与来源相比，它们与上皮细胞的关联似乎也更多，而功能化程度较低的MWCNT主要与肺泡巨噬细胞（AM）相互作用。这些结果显示，尽管沉积时间延长，但病理学略有降低，这对更安全的MWCNT的工程设计有影响，并且可以作为靶向递送系统建立实际应用。