大气金属细颗粒物动物体内赋存研究方法及分布特征

The health effects of exposure to haze (airborne fine particle matters) on human are intensively concerned in China recently, which potential molecular mechanism is however largely unknown. Differed from chemical compounds, airborne fine particle matters could considerably exist as particle matters other than dissolute and distribute equally in human body or other animals. Furthermore, its adsorption and toxic effect is strongly related to particle size. It is therefore more reasonable to use particle concentration, other than mass concentration, when evaluate the toxic effect of airborne fine particle matters on human and other animals. Whereas, there lacks such a method which could quantitatively and qualitatively monitor trace level of airborne fine particle matters in biological samples. Herein, a strategy for quantification and qualification of airborne fine particles in biological samples will be developed, with the focus on metal-containing fine particles. It will be then applied to investigate the occurrence and distribution pattern of airborne metal-containing fine particles in animals from typical areas of haze (airborne fine particle matters) pollution. The fulfillment of the project will provide a platform and background information for further investigation on potential molecular mechanisms of haze pollution (airborne fine particle matters).

大气细颗粒物暴露导致的健康问题备受关注，其潜在健康效应和毒理学分子机制未全明。不同于常规化学品，大气细颗粒物在生物体吸收、转运和致毒过程中，相当部分会保持颗粒物形态，且吸收及毒理学效应与其颗粒物特征密切相关。因此以颗粒物特征和浓度指代其在生物体内的赋存和分布，对于研究大气细颗粒物内暴露途径及剂量，进而阐释其在生物体内靶器官、转运、代谢及毒性规律。然目前缺乏可以定性、定量研究生物体内痕量大气细颗粒物的方法。最近研究显示大气源金属铁氧化物细颗粒在阿尔茨海默患者脑部大量存在，可能是致病的重要因素。本项目拟以大气金属细颗粒物为研究对象，开发基于ICP-MS及其它技术的动物体内超痕量大气金属细颗粒物颗粒浓度定量、成分特征定性的研究方法。以此为基础研究不同典型雾霾污染区域，大气金属细颗粒物在动物体内的赋存及可能的代谢规律。本项目的开展可为后续雾霾健康效应及分子机制的进一步研究提供方法学和数据支撑。

近年来，大气细颗粒物的潜在健康风险和毒性效应备受关注。本项目开展了复杂生物基质中的超痕量金属颗粒物的分析方法的开发、金属纳米颗粒在生物体内的赋存、分布和代谢、细颗粒物的潜在毒性等研究工作，主要研究内容包括：1）搭建了快速、灵敏检测生物体内金属细颗粒物的分析平台：利用3D打印技术开发了适用于单颗粒、单细胞检测的接口和进样系统；搭建了微量全自动进样系统-单颗粒电感耦合等离子体质谱联用系统，并建立了快速、灵敏、微量进样的金属纳米颗粒的全自动分析方法；开发了适用于复杂基质生物体内痕量金属颗粒物提取的前处理方法；设计了适用于复杂基质生物样品中痕量金属纳米颗粒检测的单颗粒ICP-MS数据处理和分析软件；建立了基于单颗粒-多接受电感耦合等离子体质谱技术检测生物体内颗粒物中Pb同位素比值的分析方法；2）利用上述分析技术开展了大气来源金属颗粒物在动物体内的赋存和分布研究：以大鼠为模式生物，模拟了滴鼻暴露下纳米银在生物体内的赋存和分布，发现了纳米银可以进入生物体的大脑内部；针对典型污染区域，研究了生物组织样品中铅纳米颗粒的赋存和分布；对污染区域狗组织样品中铅颗粒的同位素比值进行了测定，揭示了暴露动物体内含Pb颗粒物和Pb离子的来源和代谢规律差异；3）研究了大气金属细颗粒物在小鼠体内分布及代谢规律：以小鼠为实验对象，在真实大气细颗粒物（雾霾）暴露环境下，研究了铅及含铅纳米颗粒在小鼠体内的赋存及代谢规律。上述研究为大气细颗粒物健康效应研究提供方法学基础和基础数据支持。