多种纳米材料对纤毛虫的毒性效应及致毒机制研究

This project intend to choose several kinds of nano materials used widely, take Euplotes ciliates as the object, using conventional methods of the acute and chronic toxicity test and MTT cell activity test, in order to determine the toxic effect of different particle size and concentration nano materials on ciliates cells.To study in-depth on the cytological mechanism of nano materials toxic effects by using scanning electron microscopy and transmission electron microscopy as the main means combined with the enzyme cytochemistry and spectrum analysis. So that enrich the protozoan toxicology and cytology research data, improve the evaluation index system of nanomaterials toxicity, and provide reference for the study of higher animal nano materials toxicology.

本课题拟选择目前广泛应用的几种纳米材料，以游仆类纤毛虫为主要实验对象，采用常规急性和慢性毒理实验以及MTT细胞活性测定方法，确定每种纳米材料在不同粒径和浓度条件下，对纤毛虫细胞的毒性效应；以扫描电镜和透射电镜为主要手段，并结合酶细胞化学和能谱分析，对多种纳米材料对纤毛虫毒性效应的细胞学机制进行深入研究，以期丰富原生动物毒理学和细胞学研究资料，完善纳米材料毒性效应评价指标体系，为高等动物纳米材料毒理研究提供参考和依据。

纳米材料在人们日常生活中的应用日益广泛，由于不当排放会对生活在水环境中的有机体产生毒性。原生动物纤毛虫为单细胞真核生物，能通过细胞内特化形成的细胞器行使一系列生命活动的完整有机个体，在水环境中广泛分布，对毒性较敏感，是良好的风险评估模式生物。本项目以水环境中常见的五种纳米颗粒为研究材料，对海水自由生和淡水自由生的五种纤毛虫进行毒理试验，结合显微及亚显微观察,并采用AO-PI双重荧光染色法、傅里叶红外光谱法(ATR-FTIR)、DHE荧光探针、JC-1荧光探针、测量细胞内抗氧化酶活性的技术，对多种纳米颗粒对不同纤毛虫毒性效应的细胞学机制共同进行探究。主要成果包括：1）获得不同纳米材料对纤毛虫的急、慢性毒理数据，所有纳米材料对纤毛虫均有生物毒性，均引起细胞死亡、抑制繁殖，不同纳米材料对同一种纤毛虫的毒性有差别，不同纤毛虫对纳米材料的耐受性不同。2）超微结构及电镜酶细胞化学研究揭示了不同纳米材料对纤毛虫作用的靶细胞器不同。纳米材料进入细胞后，伴随线粒体结构的改变及相关酶活性的降低，线粒体功能活动逐渐减弱，细胞能量代谢水平也逐渐降低。3）采用荧光探针法和傅里叶红外光谱法揭示了在分子结构层面纳米材料对纤毛虫的影响，细胞膜中部分官能团被氧化。同时证明了细胞对于外源刺激因子产生氧化应激，氧化应激反应及活性氧的产生可能是最主要的致毒机制。4）揭示了低浓度的纳米材料在水中释放的金属离子是导致细胞毒性的主要因素。本研究丰富原生动物毒理学和细胞学研究资料，完善纳米材料毒性效应评价体系，为高等动物纳米材料毒性研究提供参考和依据。依托该项目，发表论文11篇（含7篇SCI文章），培养研究生5名，申请专利4项。