纳米材料生物安全性评价的研究进展.ppt

纳米材料生物安全性评价的研究进展 体育学院 孙金月 初步研究结果显示，不同的纳米材料会出现不一样的毒作用表现；同一种材料纳米级和微米级可能出现不同的生物毒性。ZHAO等［10］发现在生理盐水溶液中100 nm的磁性纳米微粒，仅仅微克量级进入小鼠血管就能很快导致凝血现象以致堵塞血管，导致小鼠死亡。说明这种纳米材料进入生物体容易与心血管系统相互作用，可能有导致心血管疾病的潜在危险。进一步研究发现，对这种纳米材料表面进行化学修饰，可以极大地改变它的生物效应。研究发现，纳米Cu粉对小鼠的脾、肾、胃均能造成严重损伤，而相同剂量的微米Cu粉却未发现损伤。 同样的情况出现在对二氧化钛（TiO2）颗粒的研究中，FERIN等［11］研究发现纳米TiO2（平均直径为20 nm）引起的大鼠肺部炎症比相同空气质量浓度的微米级TiO2（平均直径为250 nm）更为严重。 但是，也不是所有的纳米材料都如此。比如，研究［12］发现纳米ZnO与通常的微米ZnO都几乎没有生物毒性。这些研究结果改变了人们对颗粒毒性问题的认识：即使是无毒或低毒的细颗粒材料，其纳米颗粒也可能会变得有毒。因此，此类曾被认为无毒或极低毒物质的纳米级颗粒以及其他纳米颗粒成了毒理学研究的热点。 2.3.1 在呼吸系统内的沉积国际放射线防护委员会（ICRP）1994年的研究指出［13］，纳米材料可以在人类呼吸道及肺泡中沉积。 粒径为1 nm的颗粒，90%左右沉积在鼻咽部，其余10%沉积在气管、支气管区，肺泡中几乎不沉积；粒径为5～10 nm的成分，沉积在上述3个区域均为20%～30%；粒径为20 nm的成分，有50%左右沉积在肺泡内。这说明纳米材料在人呼吸道内的沉积部位与粒径有关。近来的多项研究也发现纳米材料可以在动物的呼吸道各段和肺泡内沉积。虽然被吸入体内的纳米材料质量浓度并不高，但由于粒径极小，数量是极大的，所有这些都为纳米材料致肺脏损伤提供了可能。 2.3.2 对肺的炎性刺激 AFAQ 等［14］用支气管注入法研究超细TiO2（30 nm，用量2 mg）对大鼠的毒性时，发现肺泡巨噬细胞的数量增加，同时细胞内的谷胱甘肽过氧化酶、谷胱甘肽还原酶、6-磷酸葡萄糖脱氢酶、谷胱甘肽硫转移酶的活性均升高，而且，酶活性升高并没有阻止脂质过氧化和过氧化氢的生成，这表明受到纳米TiO2作用时，尽管细胞启动自我保护机制诱导了抗氧化酶的生成，却未能消除其产生的毒副作用。进一步的研究观察发现纳米TiO2引起了支气管肺泡灌洗液内蛋白质总量乳酸脱氢酶及b-葡萄糖苷酸酶的活性普遍升高，而且比表面积效应曲线与实际的炎症情况有很好的相关性。 OBERDORSTER等［15］用粒径为20 nm和200 nm的TiO2做了大鼠亚慢性吸人实验，发现20 nm TiO2不仅有很强的生物效应，而且也显现出不同的毒代动力学表现，使肺在低于颗粒容积负荷的情况下出现清除能力显著下降，并导致炎症反应增强的现象。WARHEIT等［16］研究了SWCNT对大鼠的影响，结果也观察到了肺损伤和肉芽肿的形成，但是，SWCNT暴露所导致的是多病灶肉芽肿，且没有进行性肺部炎症和细胞增生的表现，这种肉芽肿损伤更像免疫反应或是肺对外来物质的清除反应，这预示着SWCNT具有新的致肺损伤机制。 2.3.3 致肺巨噬细胞（AM）损伤纳米材料可引起暴露动物肺的清除能力下降，并导致明显的AM损伤［17，18］。RENWICK［19］ 等发现，小鼠AM在含有纳米炭黑（14.3 nm）及纳米TiO2（29.0 nm）的培养基中培养8 h后，其吞噬能力受到了明显的抑制。RENWICK等［20］用健康志愿者的AM暴露于0.03～3 μg/106的纳米碳微粒中发现，AM对SiO2微粒的贴附和吞噬功能都受到了抑制。ZHANG等［21］发现纳米材料可以对AM细胞膜造成损伤。MOELER等［22］发现了纳米材料对AM骨架的影响。 2.3.4 致肺部氧化损伤 纳米材料致肺部炎症和损伤与其小粒径和大表面积的特性有关，同时也与纳米材料刺激机体产生自由基继而引发氧化损伤有关。DICK等［23］比较了纳米炭黑、纳米钴、纳米镍和纳米TiO2，发现它们致肺部损伤的程度与产生自由基并且引发氧化损伤有关。他们认为，这是纳米材料表面可以与组织发生反应产生自由基的缘故。 吸收进入消化道黏膜下层组织的纳米微粒可以进入毛细淋巴管，从而引起淋巴细胞的免疫应答反应，有研究［24］显示，Crohns病（节段性回肠炎）与肠道微粒对肠道壁刺激有关。通过黏膜下层进入毛细血管的纳米微粒可到达全身各组织器官，JANI 等［25］分别用50、100 nm尺寸的聚苯乙烯微粒按照1.25 mg/kg剂量喂食雌性SD大鼠，10 d后在大鼠体内检测到34%的50 nm聚苯