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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jìn)展，研究結(jié)果發(fā)表在美國化學(xué)會(huì)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(dú)特的理化性質(zhì)，傳統(tǒng)毒理學(xué)評(píng)價(jià)方法已不能滿足納米材料生物效應(yīng)研究的需求，實(shí)驗(yàn)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(píng)價(jià)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(bào)道。本研究工作基于秀麗線蟲模型，從納米材料毒理學(xué)評(píng)價(jià)方法學(xué)的建立、應(yīng)用和機(jī)理揭示等方面進(jìn)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(shì)在于其既可以從生物個(gè)體水平進(jìn)行研究，其體內(nèi)的每個(gè)細(xì)胞又可單獨(dú)研究，便于從整體、器官、組織、細(xì)胞多層次對(duì)納米材料的體內(nèi)行為進(jìn)行研究。
本工作選擇了目前最具有應(yīng)用前景的量子點(diǎn)（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(diǎn)經(jīng)攝食進(jìn)入并積累在秀麗線蟲消化系統(tǒng)，進(jìn)入消化道內(nèi)皮細(xì)胞定位于溶酶體，長期蓄積會(huì)導(dǎo)致量子點(diǎn)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(jìn)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(bào)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(diǎn)材料在體內(nèi)代謝與降解過程的研究，揭示了量子點(diǎn)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(jìn)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(xì)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(duì)于建立以秀麗線蟲為模式生物評(píng)價(jià)納米材料生物效應(yīng)的研究平臺(tái)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(jī)制。
本工作是陳春英研究組關(guān)于納米材料的生物效應(yīng)與安全性系列研究工作的一部分。其他工作包括：不同納米材料特性如不同粒徑和表面電荷可影響細(xì)胞有絲分裂和細(xì)胞周期(Biomaterials, 2011,32: 8291-8303)；羧酸化富勒烯納米材料可定位于溶酶體，通過穩(wěn)定溶酶體膜抑制細(xì)胞凋亡新機(jī)制(Biomaterials, 2011,32:4030-4041)；應(yīng)邀撰寫金屬納米材料在生物體內(nèi)的命運(yùn)和生物應(yīng)用，總結(jié)了目前在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有應(yīng)用前景的新型納米材料與納米結(jié)構(gòu)在生物體內(nèi)吸收、分布與代謝過程以及納米特性與體內(nèi)毒性相關(guān)性的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)。（Small 10.1002/smll.201101059）。
該系列研究成果不僅有助于人們進(jìn)一步加深對(duì)不同納米材料與生物體系相互作用的機(jī)制與共性規(guī)律的理解，同時(shí)對(duì)合理設(shè)計(jì)和安全使用納米材料也具有參考價(jià)值。
上述工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院的資助。
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(dú)特的理化性質(zhì)，傳統(tǒng)毒理學(xué)評(píng)價(jià)方法已不能滿足納米材料生物效應(yīng)研究的需求，實(shí)驗(yàn)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(píng)價(jià)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(bào)道。本研究工作基于秀麗線蟲模型，從納米材料毒理學(xué)評(píng)價(jià)方法學(xué)的建立、應(yīng)用和機(jī)理揭示等方面進(jìn)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(shì)在于其既可以從生物個(gè)體水平進(jìn)行研究，其體內(nèi)的每個(gè)細(xì)胞又可單獨(dú)研究，便于從整體、器官、組織、細(xì)胞多層次對(duì)納米材料的體內(nèi)行為進(jìn)行研究。
本工作選擇了目前最具有應(yīng)用前景的量子點(diǎn)（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(diǎn)經(jīng)攝食進(jìn)入并積累在秀麗線蟲消化系統(tǒng)，進(jìn)入消化道內(nèi)皮細(xì)胞定位于溶酶體，長期蓄積會(huì)導(dǎo)致量子點(diǎn)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(jìn)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(bào)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(diǎn)材料在體內(nèi)代謝與降解過程的研究，揭示了量子點(diǎn)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(jìn)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(xì)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(duì)于建立以秀麗線蟲為模式生物評(píng)價(jià)納米材料生物效應(yīng)的研究平臺(tái)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(jī)制。
本工作是陳春英研究組關(guān)于納米材料的生物效應(yīng)與安全性系列研究工作的一部分。其他工作包括：不同納米材料特性如不同粒徑和表面電荷可影響細(xì)胞有絲分裂和細(xì)胞周期(Biomaterials, 2011,32: 8291-8303)；羧酸化富勒烯納米材料可定位于溶酶體，通過穩(wěn)定溶酶體膜抑制細(xì)胞凋亡新機(jī)制(Biomaterials, 2011,32:4030-4041)；應(yīng)邀撰寫金屬納米材料在生物體內(nèi)的命運(yùn)和生物應(yīng)用，總結(jié)了目前在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有應(yīng)用前景的新型納米材料與納米結(jié)構(gòu)在生物體內(nèi)吸收、分布與代謝過程以及納米特性與體內(nèi)毒性相關(guān)性的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)。（Small 10.1002/smll.201101059）。
該系列研究成果不僅有助于人們進(jìn)一步加深對(duì)不同納米材料與生物體系相互作用的機(jī)制與共性規(guī)律的理解，同時(shí)對(duì)合理設(shè)計(jì)和安全使用納米材料也具有參考價(jià)值。
上述工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院的資助。
