《毒理学》第13章纳米毒理学.pptx

纳米毒理学Nanotoxicology1大纲? 一、纳米毒理学概述? 二、纳米粒子的特性及其毒性? 三、纳米毒理学的研究方法? 四、纳米毒理学展望一、纳米毒理学概述纳米粒子(nanoparticles, NPs)：粒径在1-100 nm间的颗粒的总称。包括碳纳米管、富勒烯、纳米Ag 、SiO2、TiO2和纳米铁等。纳米毒理学（nanotoxicology, NT）——研究纳米颗粒物对生物体的损害 作用、生物学机制、安全性评价和危险性 管理的毒理学分支。Kahru and Dubourguier, 2010Kahru and Dubourguier, 20107? 富勒烯(C60) ： 是一种碳的同素异形体。完全由 碳组成的中空的球型、椭球型、柱型或管状分子 的总称。? 碳纳米管：构成与石墨和C60分子的构成相近。 碳纳米管的壁，可以包含多层碳原子层，或可包 含一层碳原子层，这时人们分别称它们为多壁碳 纳米管或单壁碳纳米管。碳纳米管的直径为几个 纳米到几十个纳米。? 在超导、磁性、光学、催化、材料及生物等方面 表现出优异的性能，广泛应用于物理，化学，材 料科学，生命及医药科学。二、纳米粒子的特性及其毒性掌握? 2.1 影响纳米粒子毒效应的因素? 2.2 纳米粒子的损伤特性? 2.3 纳米粒子对机体的毒效应理解了解2.1 影响纳米粒子毒效应的因素（1） 自身特性I. 表面积? “表面效应”—随着表面积的增大，相应毒性也 增强。? 2005年12月，美国EPA发表了纳米技术的白 皮书，第一次系统阐述了纳米材料可能对 人体健康的影响。“剂量决定毒性”?? 在全球化妆品分类标准（GHS）中155 nm的TiO2属 于无急性毒性级别；但减少到80/25 nm时，产生肝脏、肾脏毒性；? 国际癌症研究机构根据TiO2纳米粒子实验的阳性结果 将TiO2归类为2B类物质；? 大鼠肺的毒理学研究表明，与相同化学组成等质量浓 度的微米颗粒相比，纳米颗粒有更强的炎症效应，当 剂量单位为颗粒暴露的比表面积而不是质量时，实验 结果趋势相同。II. 结构? 对巨噬细胞的毒性——单壁碳纳米管 多壁碳纳米管 富勒烯III. 长径比：影响纳米粒子的亲水性、亲脂性和表 面电荷的官能团修饰—— 毒性和纳米颗粒长径比的依赖性不是简单的 相关关系。IV. 表面修饰和功能—— C60聚集产生活性氧自由基是细胞毒性的主要 原因，其表面化学修饰可消除或降低纳米粒子的 潜在毒性。“纳米尺寸-效应关系”“纳米结构-效应关系”? 碳纳米管的表面化 学修饰改变它们在 生物体的分布、靶 器官的选择性，在 医学上具有重要的 应用价值。2.1 影响纳米粒子毒效应的因素（2） 环境因素pH离子浓度电荷? ——影响纳米粒子在溶液中的聚集环境因子影响生物有效性? 与环境其他污染物的相互反应? 改变污染物的固/液分配? NP-吸附作为污染物进入生物体的载体? 参与光催化反应产生氧自由基——目前研究关注很少其他环境共存因子（pH，离子 强度etc）对NPs的生态毒性影响（3）纳米粒子与生态环境的相互作用I. 环境中的纳米粒子? II. 纳米粒子在环境中的转归2.2 纳米粒子的损伤特性（1）隐袭性? 局部炎症? 吸附外源化学物? 异物性反应，增生反应（2） 持久性? 0.1 mg碳纳米管通过气管注入大鼠体内，90 d后 仍停留在鼠肺细胞中，并引起肺部肉芽肿形成；（3）穿透性? 穿透机体屏障2.3 纳米粒子对机体的毒效应（1）纳米粒子在机体的ADME? I. 呼吸道、胃肠道和皮肤是纳米粒子暴露于人 体的三个主要途径? 纳米颗粒在呼吸道的靶向区域主要取决于颗 粒尺寸的大小? 纳米粒子渗入皮肤具有尺寸依赖性、化学依赖性——10-50 nm 的TiO2颗粒能够渗透角质层进入真皮 层，100 nm的TiO2颗粒不会促进真皮吸收? 肠道对纳米Zn粒子和微米Zn粒子的吸收有显著性 差异——小鼠口服纳米Zn粒子后出现肠梗塞? II. 纳米粒子可以通过血液系统循环、淋巴系统和神经纤维的迁移分布到全身各组织器官? 纳米粒子有很强的穿越肺泡-毛细血管 屏障的能力；? 中枢神经系统是吸入纳米粒子潜在的靶 器官，纳米粒子能够通过嗅神经的神经 轴突进入中枢神经系统? III. 纳米粒子可以通过尿液、粪便和肺等途径排除体外——对水溶性多羟基单壁碳纳米管（SWNTols）进行 125I标记，发现80%的碳纳米管在暴露0-11 d通过尿液 和粪便清除体外，其中尿液清除率94%。（2）纳米粒子对机体的毒效应? I. 对心血管系统的毒效应? 大量的自由基氧化低密度脂蛋白（LDL）和脂质， 引发血管内皮系统损伤，加剧心血管损伤。? 纳米粒子能够刺激血小板的聚集，释放凝血因子， 引发血栓疾病。? II. 对呼吸系统的毒效