基于离体或活体模型的金属纳米颗粒的粒度相关性生物学效应研究

由于纳米金、纳米银等金属纳米材料本身毒性较小而备受关注，在生物、医疗等领域得到了广泛的研究和应用，而其由粒度变化引起的生物学效应改变也受到了人们的高度关注。考虑到实际应用的金属纳米材料粒度分布范围比较宽，基于离体或活体模型研究金属纳米材料的尺寸相关性生物学效应具有重要意义。本项目拟以不同粒径的纳米金或纳米银等金属纳米材料为研究目标，采用多种细胞株离体模型并结合小型鱼类实验动物模型，从分子生物学、细胞生物学与组织病理学等角度探讨金属纳米材料的粒度相关性生物学效应与内在分子作用机制，由此建立金属纳米颗粒生物学效应的评价方法和体系，并探讨实际复杂环境体系中金属纳米颗粒可能产生的潜在影响，从而为金属纳米材料的合理开发与安全应用提供科学依据。

在当前纳米毒理研究领域，纳米材料的物化形态、粒径效应、由于其小尺寸效应导致穿越血脑屏障而引起的神经毒性效应以及新型纳米材料的生物安全性评价是人们关注的重点所在。.本课题针对以上科学问题，选用了纳米银作为模式材料，探讨了典型环境及生物因子对商品化纳米银颗粒稳定性的影响。结果发现离子强度和价态的升高会导致纳米银表面电荷增加、粒径增大，最后在分散液中发生团聚现象。升高温度会加速这种团聚的生成。而在pH 4.2-8.4 的范围内，纳米银的稳定性不受影响。在以体外细胞培养基为模型的典型生物环境中，血清不存在的条件下，纳米银会很快团聚，而在血清存在的条件下，纳米银可以保持稳定的分散状态。说明在体外培养细胞的环境以及体内环境中纳米银可以维持其纳米特性。这些研究工作为后续开展纳米银的生物学效应奠定了基础，也为人工纳米材料的环境安全性评价提供了科学前提。.研究了三种不同粒径（5 nm，20 nm，50 nm）的纳米银对四种人体来源细胞株的毒性，发现纳米银可以破坏细胞膜，进入细胞，并引起细胞氧化损伤，最终导致细胞的凋亡。并且发现纳米银对细胞的生物学效应呈现粒径依赖性，由于小粒径纳米银更容易进入细胞，因此表现出更强的细胞毒性。检测暴露体系中的银离子释放率，发现在细胞培养液中，银离子释放率从3.5 %降低至小于1.0%，说明纳米银细胞毒性的主要成因并非来自银离子的释放，而是纳米银颗粒本身的毒性。.基于大鼠小脑颗粒细胞模型，发现可通过诱导细胞凋亡对颗粒细胞产生细胞毒性效应，并对活体大鼠小脑细胞结构产生损伤作用。这些作用由纳米银颗粒引起，而与银离子无关，这一研究结果为纳米银使用的生物安全性评价提供了依据。.探讨了三种不同纳米胶囊对细胞的毒性效应与细胞对于这些材料的摄入作用。研究结果显示，浓度高达 200 g/mL的纳米胶囊并不抑制细胞增生，并且在该剂量下细胞内活性氧、细胞调亡或细胞周期抑制现象并未出现。这些数据显示该类聚合物纳米胶囊可望成为有用的药物载体。