我國在納米材料生物效應(yīng)研究方面取得新進展

近日，國家納米科學(xué)中心中國科學(xué)院納米生物效應(yīng)與安全性重點實驗室陳春英研究組與納米材料研究室唐智勇研究組合作，在以秀麗線蟲為模型研究納米材料生物效應(yīng)方面取得重要進展，研究結(jié)果發(fā)表在美國化學(xué)會的Nano Letters雜志上(2011，11:3174－3183)。

納米材料與生命體系相互作用及其健康效應(yīng)問題，是納米科技領(lǐng)域的重要前沿科學(xué)問題。由于納米材料本身具有獨特的理化性質(zhì)，傳統(tǒng)毒理學(xué)評價方法已不能滿足納米材料生物效應(yīng)研究的需求，實驗中體內(nèi)、體外結(jié)果不一致的矛盾日益凸顯，這就要求發(fā)展快速、簡單、準(zhǔn)確的毒理學(xué)評價模型體系。而納米材料在復(fù)雜生物體系內(nèi)可能發(fā)生的多種理化性質(zhì)改變更為其后續(xù)毒理學(xué)研究帶來了巨大的挑戰(zhàn)，這就要求在方法學(xué)上有所突破創(chuàng)新。

秀麗線蟲(Caenorhabditis Elegans)是生物學(xué)經(jīng)典的模式生物，然而用于納米材料的生物效應(yīng)研究還鮮有報道。本研究工作基于秀麗線蟲模型，從納米材料毒理學(xué)評價方法學(xué)的建立、應(yīng)用和機理揭示等方面進行了具有開創(chuàng)意義的研究。值得一提的是:秀麗線蟲的優(yōu)勢在于其既可以從生物個體水平進行研究，其體內(nèi)的每個細胞又可單獨研究，便于從整體、器官、組織、細胞多層次對納米材料的體內(nèi)行為進行研究。

本工作選擇了目前最具有應(yīng)用前景的量子點(Quantum Dots)作為代表性納米材料，研究了其在體內(nèi)的分布、代謝、轉(zhuǎn)化和長期毒理效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn):量子點經(jīng)攝食進入并積累在秀麗線蟲消化系統(tǒng)，進入消化道內(nèi)皮細胞定位于溶酶體，長期蓄積會導(dǎo)致量子點從消化系統(tǒng)向生殖系統(tǒng)遷移，并導(dǎo)致生殖障礙和子代發(fā)育毒性。

基于同步輻射先進光源發(fā)展起來的多種元素高靈敏分析技術(shù)近年來已開始應(yīng)用于納米材料的表征、化學(xué)結(jié)構(gòu)分析等領(lǐng)域，然而用于生物體系內(nèi)原位的研究尚無報道。本工作創(chuàng)新性地將多種同步輻射技術(shù)，如X射線原位微區(qū)元素成像與化學(xué)結(jié)構(gòu)分析技術(shù)應(yīng)用于量子點材料在體內(nèi)代謝與降解過程的研究，揭示了量子點在線蟲消化系統(tǒng)微環(huán)境內(nèi)降解、氧化和代謝的過程，并指出了利用納米材料光學(xué)特性進行分布研究的不可靠性，提出了集成光學(xué)成像、原位元素成像與結(jié)構(gòu)分析、細胞生物學(xué)、毒理學(xué)等多種方法來研究納米材料在生物體系內(nèi)分布代謝等重要問題的系統(tǒng)研究方法。

該研究方法對于建立以秀麗線蟲為模式生物評價納米材料生物效應(yīng)的研究平臺具有重要意義，并有望在后續(xù)研究中推廣應(yīng)用于多種重要納米材料的研究，在不同層次闡明納米材料與生物體系相互作用的機制。

(來源:國家納米科學(xué)中心)