公共衛生學院開設“納米毒理學”的必要性初探

[摘 要] 納米科技的飛速發展對人們的生活產生了重要的影響。納米材料為人們生活提供便利的同時，也對人類的健康、生態和環境造成潛在的負面影響。由于公共衛生與預防醫學專業處于保衛人類健康的重要位置，高校應當順應社會發展需求在預防醫學本科生教學內容中及時普及納米毒理學專業知識。而目前國內絕大多數高校公共衛生與預防醫學專業的本科生并沒有接受納米毒理學知識的系統教育。因此，亟須在教學中開展“納米毒理學”課程，為未來納米毒理學的研究奠定堅實基礎，并為納米毒理學的發展提供人才儲備。

[關鍵詞] 公共衛生與預防醫學；毒理學；納米材料；納米毒理學；交叉科學

[基金項目] 2020年度蘇州大學研究生課程思政示范課程項目“流行病學原理與方法”

[作者簡介] 仲曉燕（1989—），女，工學博士，江蘇連云港人，蘇州大學醫學部公共衛生學院講師，主要從事納米醫學與納米毒理學研究。

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）06-0105-04 [收稿日期] 2021-06-30

納米科學、信息科學和生命科學，成為21世紀的三大支柱科學領域[1]。其中，納米科學是一門新興的、以納米尺度的物體為研究對象的科學[2]。根據國際標準化組織（ISO）的定義，納米材料（Nanomaterials）的尺寸在三維中至少有一維處于1～100 nm之間[3]。從起源上看，納米材料包括天然納米材料（如鐵蛋白）和人工納米材料；從維度上看，納米材料包括零維（如富勒烯）、一維（如納米管）、二維（如納米片）及三維（如納米復合物）納米材料；從化學組成上看，納米材料包括有機（如聚合物）和無機（如金屬基納米材料）納米材料[3]。由于納米尺度介于原子簇與宏觀物體之間，因此納米材料具有獨特物理化學性質如機械性能、光電學性質和生物反應活性等[3]。我國“十三五”規劃綱要中明確提出大力發展功能納米材料，使其廣泛應用于生物、化工、醫藥、國防、電子等諸多領域[4]。尤其在生物醫學領域，美國食品藥品監督管理局（FDA）已批準多種含鐵納米顆粒用于鐵缺乏病的治療（如CosmoFer， Dexferrum ， Feraheme等）[5]、磁共振成像造影劑（如Resovist ， Feridex ， Endorem 等）[6]、化療藥（Doxil ， AbraxaneTM等）[7]，以及國內上市的用于淋巴結示蹤的納米炭混懸注射液[8]。與此同時，越來越多的功能納米材料已被開發出來用于疾病的成像、診斷與治療[9]。盡管這些研究尚處于基礎研究階段，但其因具有傳統治療方式無法比擬的優勢，在未來有臨床轉化的潛能。

一、納米毒理學的興起

納米材料的廣泛應用在發揮積極作用的同時，其新穎性也引起人們對其潛在毒性的思考，即對健康、生態和環境的危害。納米材料可通過皮膚、呼吸道、消化道、血液等途徑進入人體，并與細胞、器官和組織相互作用，影響生物學行為。然而，關于其對人類健康的長期效應以及對環境的影響的研究較少。包括美國國家職業衛生研究所（NIOSH）和日本衛生部等在內的政府機構曾經提出：是否應該像對待石棉一樣謹慎對待看似無害碳納米管[10]。人們擔心納米技術的高速發展以及對納米產品需求的增長可能會使納米材料成為21世紀的“石棉”[1]。因此，在關注納米材料正面效應的同時不能忽視其負面效應，以更好地反饋和指導納米材料的安全開發和應用。自2004年開始，關于“納米安全性（Nanosafety）”或“納米毒性（Nanotoxicity）”問題的SCI論文發刊量逐年上升（見圖1），表明人們對納米材料潛在危害性的重視程度逐年上升。

納米技術發展的安全需求催生和加速了一門新興的交叉學科，即納米毒理學（Nanotoxicology）的成長[11]。納米毒理學是毒理學的一門分支學科，是研究納米材料的特殊特性與生物系統相互作用對生命體系所產生的毒理學效應。納米毒理學的目標是揭示納米材料的物理、化學性質與誘導毒性生物反應之間的關系對人類健康的可能影響[12]。在納米科技發展的背景下，納米毒理學不僅屬于新的基礎科學的前沿領域，也是保障納米技術可持續發展以及納米產品安全應用的關鍵環節。

（一）國際納米生物效應與安全性研究的標志性事件

自Science雜志于2003年首次發表文章“American Chemical Society Meeting： Nanomaterials Show Signs of Toxicity”以來，各國政府高度重視納米負面生物效應的研究，支持力度不斷增加。例如，美國投入的經費逐年提升；英國出版Nanotoxicology雜志推動了納米毒理學研究的熱潮；德國對納米材料的潛在致癌作用進行了風險評估；瑞典和法國建立了使用納米材料數量和類型等信息的強制性報告制度。另外，歐共體、FDA、經濟合作與發展組織（OECD）也積極參與納米材料安全性評估的研究熱潮[13]。

（二）我國納米生物效應與安全性研究的發展現狀

我國開展納米毒理學研究對國際產生了重要影響。早在2001年，中國科學院高能物理所就提出了“開展納米生物效應、毒性與安全性研究”的建議。次年，我國第一個以納米材料的健康效應與生物安全性為研究方向的重點實驗室“中國科學院納米生物效應與安全性重點實驗室”誕生。迄今，實驗室取得了一系列研究成果。其中，陳春英研究員等人近期在Nature Nanotechnology（自然·納米技術） 發表了題為“Long-term Pulmonary Exposure to Multi-walled Carbon Nanotubes Promotes Breast Cancer Metastatic Cascades”的文章，首次報道了碳納米管（CNT）長期呼吸暴露后的延遲毒性，可導致原位乳腺腫瘤的多發性轉移，揭示了其對肺部以外的遠端器官的腫瘤發生發展的影響[14]。其他開展納米毒理學研究的高校包括東南大學公共衛生學院、蘇州大學醫學部放射醫學與防護學院輻射納米毒理研究中心等。

趙宇亮院士說，中國若想在納米科技領域占據主導權，必須以前瞻性的視角進行納米安全性戰略研究，必須從國家層面建立研究平臺和評價體系。包括我國在內的許多國家正積極開展納米材料的生物安全性研究，把生物環境健康效應以及職業衛生防護等問題列在納米科技發展戰略的重要位置，以促進納米技術更好地安全應用和可持續發展。目前，中國在全球排名中位列第一，表明我國在該領域所付出的努力以及對全球安全發展納米技術的貢獻（見表1）。盡管目前尚無納米材料生物安全性的系統性評價標準，但科學家仍在為之努力。

二、預防醫學教育的現狀

預防醫學是一門以人群為研究對象，運用多種技術手段研究健康的影響因素及其作用規律，闡明機體內外因素與人群健康的相互關系，并制定公共衛生策略與措施，以預防疾病、提高生命質量為目的的學科[16]。

在所授課程中，“毒理學”是從醫學角度研究環境有害因素（化學、物理和生物因素）對機體的毒作用、生物學機制、安全性評價、風險度評估和風險度管理與交流的科學[17]。其中，高校在預防醫學本科生的教學中設置了“衛生毒理學”課程，而未設置“納米毒理學”的專業課程。

三、公共衛生學院開展“納米毒理學”教學的意義

由于預防醫學處于保衛人群健康的第一線，納米材料生物安全性研究給預防醫學帶來了機遇，研究醫用納米材料毒理學可以提高其生物安全性以更好地發揮疾病診治的價值；而研究工業納米材料毒理學可以發現劑量反應關系，提高工業納米材料的安全性，保護作業人員的安全和人們生存環境的安全。但隨之而來的是嚴峻的挑戰。采用傳統毒理學研究手段難以科學地揭示納米材料在人體內的規律，這就必須采用學科交叉的方式去創造新的研究手段。目前我國納米材料生物安全性研究的隊伍已初具規模，但與歐美相比，我國的研究團隊仍然較少。隨著國家在多學科交叉融合研究平臺體系建設的投入逐步提升，需要更多高水平的科技人員加入研究隊伍[18]。

從研究納米毒理學的科學意義、國家戰略高度和人才儲備緊缺等方面可以看出，迫切需要在預防醫學領域開展納米毒理學研究。目前，我國關于納米毒理學方面的研究已出版多個專著，包括趙宇亮院士領銜11個國家的科學家編著的世界第一本教科書Nanotoxicology、出版的10部《納米生物效應》系列叢書；楊祥良教授主編的《納米藥物安全性》以及莊志雄教授等主譯的《納米毒理學-特征，劑量和健康效應》（Nanotoxicology-Characterization， Dosing and Health Effects），因此教科書資源豐富，有利于學生了解納米毒理學的發展歷史和已取得的研究基礎；此外還有不斷更新的學術論文，有利于學生了解最新的發展動態和未來的發展方向。在教學上開展“納米毒理學”這門課，能夠讓預防醫學的學生在本科階段對納米毒理學有較為全面和系統的認知，并且通過實驗課和文獻閱讀，可以讓學生更加直觀地感受納米毒理學的重要性、趣味性和挑戰性。通過對學生進行理論知識傳授能夠讓學生具備更加扎實的毒理學理論基礎，更加有利于今后納米毒理學科研工作的開展。

結語

納米毒理學的發展方興未艾，其作為一種交叉學科并不是預防醫學能夠獨立解決的問題，而是需要充分發揮各學科的特長共同解決這一問題。尤其是從預防醫學學科視角，對納米材料的生產、運輸、使用等環節進行干預，有望對人群的健康防護和納米技術的發展產生正面影響。因此，亟須在公共衛生與預防醫學專業的教學中開展“納米毒理學”課程，為今后更高水平的納米毒理學研究輸送人才。

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On the Necessity of Offering the Course of Nanotoxicology in the School of Public Health

ZHONG Xiao-yan

（School of Public Health， Medical College of Soochow University， Suzhou， Jiangsu 215123， China）

Abstract： The rapid development of nanotechnology has had an important and far-reaching impact on people’s lives. While providing convenience for people， nanomaterials also have potential negative effects on human health， ecology， and environment. As the major of public health and preventive medicine is in an important position to safeguard human health， colleges and universities should conform to the needs of social development to popularize the professional knowledge of Nanotoxicology among undergraduates in response to the needs of social development. Unfortunately， at present， the vast majority of undergraduates majoring in public health and preventive medicine in domestic universities have not received the systematic education on Nanotoxicology. Therefore， it is urgent to set up this course in order to lay a solid foundation for the future research of Nanotoxicology and provide talent reserve for the development of Nanotoxicology in our country.

Key words： public health and preventive medicine； toxicology； nanomaterials； Nanotoxicology； interdisciplinary science

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