我國在納米材料生物效應研究方面取得新進展

我國在納米材料生物效應研究方面取得新進展

近日，國家納米科學中心中國科學院納米生物效應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方面取得重要進展，研究結(jié)果發(fā)表在美國化學會的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問題，是納米科技領域的重要前沿科學問題。由于納米材料本身具有獨特的理化性質(zhì)，傳統(tǒng)毒理學評價方法已不能滿足納米材料生物效應研究的需求，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、準確的毒理學評價模型體系。而納米材料在復雜生物體系內(nèi)可能發(fā)生的多種理化性質(zhì)改變更為其后續(xù)毒理學研究帶來了巨大的挑戰(zhàn)，這就要求在方法學上有所突破創(chuàng)新。

秀麗線蟲(Caenorhabditis Elegans)是生物學經(jīng)典的模式生物，然而用于納米材料的生物效應研究還鮮有報道。本研究工作基于秀麗線蟲模型，從納米材料毒理學評價方法學的建立、應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。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，長期蓄積會導致量子點從消化系統(tǒng)向生殖系統(tǒng)遷移，并導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近年來已開始應用于納米材料的表征、化學結(jié)構分析等領域，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，如X射線原位微區(qū)元素成像與化學結(jié)構分析技術應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特性進行分布研究的不可靠性，提出了集成光學成像、原位元素成像與結(jié)構分析、細胞生物學、毒理學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的研究平臺具有重要意義，并有望在后續(xù)研究中推廣應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:國家納米科學中心)