纳米材料的生物毒性要点

1、纳米材料的生物毒性一细胞吸收纳米颗粒的途件 -几种纳米材料的牛.物毒性-展望.J_)郭心雨，物10新能源2012.03.16纳米材料的性质WWMlvwt KT优越的磁性良好的导电性较高的反应活性独特的光学性质即俱细胞吸收纳米题程的途径Tabl i. Th。main cellular uptake processes of nanoparticles.Uptake pattwuvsftrlef descriptionCor relation between nano particle properties and uptake patliwaysClathrinmediated endocytc

2、slClathdn-coated vesicles conUinirig plasma membrane proteins with receptor sites specHIc tothe MPs being Intemal.zed|C. (CCCOOHJJjU 125 nrn. 3D Lt flbcobUst. RH-35 rat hepatoma cells, mainlv v a tkne- and energy-dependent, and clathrin-tned ated endocytosis.PVP<oated siK-er rian<x>articles

3、. BO nm. hMSCPEGytated Nf positively ch-arjed. 90 nm, HeLa cells.LDH nanopanicles. 50-200 nm.The rweptort are recycled to the pUsna membraneQoc. 4 nm.Amir>o-functionalircd pofyityrent (NPS) nanoparticles. 100 nm. 6000 amino groups on theThe majority or NPSnancpankles were internalized by me cUThr

4、in-mediated pathwayAn enersv-depeodent minntf.Wstirw PS nnopdrtides vwtft ifXtmMzM malnhrvU clathKn-indeptndtnt tndoevts瓜 MSCs. Protein-SWWTs. 50 200 E Hl60 cels: energy dependent endocytosn through ciMhrWi coated pits.Uptake of mewporoui Ulka ndncirtklet by human mesenchymal «twn celk(hMCi). 1

5、10 nm.Up to 100-150 nmThe intcrnollz«t»on of Hefceptln -collidfll gold ncnoartlcles ronglng ftooi 2 to lOOnm. by human brent cancet SK QR*9(dls.CAveoUe-dependent endocvtcsCaveolae. mb dll nz6&x a” M th*brane, consisting of thechoir st erol - bln dl n g protein cwcoilnDeflvMUed Fulleren

6、es Bdd ivsOHTO-dys) 8 OH. a nm. HEK. .梆得Upto JOO-500nmPerfluorocarbon nano particles： 200 nm, human C32 melanoma cell*.P*、，k)une nanopirtklex 100nm. hurndn oonk endothelial ce<li.IVWGA-PIGA nanopftKl 250 A549.Surface modincatioo of PLGA naiiopaitic.es wiin WGA sigruncantty enhanced its endoc>*

7、t05is.d i«ep3 mM“E end时MZ pth，"y. A5" cells.Mbumin<ojted naroparticles. XX-lOO nm. Iiv：ng endothelial cells.Au NR，56 nm x 13 nm. both clathrin-rredloted and lipid raft-tie pendent endocvtosis path* ways. AS49.16HBE. and MSCs.P»nocv1«is/M 班 roplnocyt。"Cell-drinkir

8、7;t. ampedfk0.5-5 pm in dUmeter for Macro pin ocytosisPVP-coat«l 小口 fkdnoparticles.SO nm. hMSCs.Positively charged ftuorexent styrene particles (t). 113nm, He La ceils, ma<rop«nocvto5i5. the microtubule network, and cyclooKygenas es are invotved. The doth ri r»-d epend er t pathway

9、 pSysa nMnor rok.Tat peptide-con 4Med quantum cots (Tt-QD$>. emission peak wdvrlength 655 nm. HeLa cells. Actwefy transported by molecular machines (such as dyneins) along microtubule tracks.Ph 邮 ocmsisIntemaQatton of whole Ur$e particles, zunopE杉 and macro phagocyte。式0H>“ nanopddkles. about 1

10、00 nm. prtmarv macrophages, and lymphocytes.Nanofube. 20 nm. macrophagesSpecific and noaipeciAc phagocyfoUs ligand-grafted PlGA m>crMpherei by macrophage.2.5 pm. th，*e l)gnds (WGA. m RGO conuining peptide and manno-PGNH J.a cationic molecule (PUJ.co/tf .ently grafts on ttie particle surface.解目儿种纳

11、米材料的生物毒性碳纳米材料华中纳米能管(SWCNTs)、多田纳米碳管XMWCNTs)、病初砥CG0)、爽3!苦金属及氧化物纳米材料了 点(CdSez CdTe)解目C60C60对细胞、微生物、水生生物、陆生 动物等具有毒性效应，但也有相反的研究结 果。 C60能进入人类巨噬细胞的细胞质、溶儆体和细胞核； 分子动态模拟研究表明,液体中C60极易与DNA中的核 件稳定结合并使DNA变性而可能丧失功能； C60粉体木身一般不具仃抑菌作用，但其稳定悬浮液（一般 以团聚体nC60形式存在）会产生毒性效应。儆甥造啰蔓.广一很多研究者认为，C60的毒性在于其能产、 生ROS而损伤机体组织，尤其是C60具有脂

12、 溶性，容易与生物体的脂肪组分结合，导致脂、过氧化,增加细胞膜的通透性）但也有研究指出，C60并未产生ROS,其 木号可以充当一种氧化剂对有机体产生氧化 压力并造成损伤，如蛋白质氧化、细胞膜通 透性和细胞呼吸变化等Xa羯XW月CNTS 不 4 不 MWCNTs能显著抑制人类肿痛细胞的分裂 '生长，但其毒性性质远低于碳纳米纤维和炭MWCNTs能够进入水生单细胞真核动物贻 贝棘尾虫的线粒体,损害细胞膜、线粒体、 细胞核SWCNTs能对I Z噬细胞产生毒性效应，抑制 其噬菌作用CNTS的生物毒性机理有学者认为,CNTS的毒性来自其产生的ROS, 但缺乏直接的证据Koyama等认为CNTs的毒

13、件主要来自其所含 的杂质，包括不定形碳和金属催化剂等XW月Muller等认为CNTs的表面结构缺陷是其具有 急性毒性和基因毒性的主要原因 MWNT10 SWNT(求)至。xo-o-auon&oo:The cytotoxicity of carbon nanomaterials in alveolar macrophages shows a nanostructural- dependent feature. The cytotoxicity decreases on the basis of mass: SWNTs > MWNT10 >C60. MWNT10: diamet

14、er range from 10 to 20 nm. Reproduced with permission from reference金属蓼氧修物纳冬核抖金屈及氧化物纳米材料一般都具有细胞毒 性，毒性大小决定于纳米材料的浓度、形状、 表面电荷性质等将纳米材料分为轻微溶解和不溶解两类， 指出可溶性纳米材料的毒性主要是由于溶解产 生的金瓜离子，而不溶件纳米材料的细胞毒性 I则可能是由于产生ROS。L 在研究金属及氧化物纳来材料的生物毒祚 机理时,受试生物的选择非常重要,若受试生 物对溶解出的金属离子非常敏感，纳米材料本 身毒性往往会被丈所产生的金屈离子的毒性掩Transmission elect

15、ronCellular uptake of Au NRs by MCF-7 cellsmicroscope (TEM) images of CTAB-coated Au NRs with different aspectratios: A) CTAB-1, B) CTAB-2, C) CTAB-3, and D) CTAB-4. E) shows the shape-and surface-coating-dependent cellularuptakeof Au NRs coated byCTAB. F) TEM images showing the process of cellular

16、uptake. The Au NRs form aggregates, enter into vesicles in this form, and get into lysosome.Reproduced with permission from reference(21).Copyright 2010r El涮附 Ltd.量子虚量广点具有独特的光学、电学、磁学性质和生物相容性 等，壁大量应用于医学成像,太阳能电池,光子学和 长途通信等领域粒径小于5nm的最/点(Cd5e,CdSe/Z=5)能够白.接进入 大肠杆菌和枯草:芽泡杆菌的细胞内，并产生毒性效应： 大肠杆菌能够把量子点重新排除体外，而

17、枯草芽胞杆菌 则不能量子点的生物毒性机理也存在对其溶解产生金属离子是 否是主要制度因子的争议。另外，这些量子点能够进入 细胞，并产生与其在在溶液中不一样的毒性效应I1研突人员用晒化信合成=孑煮博叔0事 m弓事与 £债I* 丽港却 «£U.& 隹只诉 拒于312用带殊或剂处理量子 点.窿其婚与物雅 加索合为T也列arm累月 和盗牙向塔合 正售蜘忸不受附，用蓑外线吊射 铀18培养物,与 惠燔西维后的过于 点便会发出聊E的灵光4紫外线将续射存量于点的重维用拾坪RU的X分衣后 开给死亡 挎嫔解却约60"K 勾101-15%死亡（， CdTe QDs9,

18、NP最终手致生物而件效应总绪细非材料的等物毒性机理 ROS的产生.对生物体的毒宙作用是迄今最为普遍接受的一种纳 米材料致毒机制。ROSnJ增加氧化压力，导致脂质过氧化、破坏 细胞膜，一咋机油氧化性的纳米材料，接触细胞膜后会宜接增加 细胞的氧化压力，导致毒性。另一些纳米材料口J以通过细胞内陷、膜通效应道及细胞吞噬作 用等进入细胞内部，或通过细胞膜破坏进入细胞。进入细胞的纳 米材料会增加氧化压力，并可能与细胞内含物相互作用，破坏细 胞的结构和功能。细胞内含物也会通过细胞膜破坏流出细胞从而出现毒性效应。 一些纳米材料在培养液和细胞内放出都可能释放仃毒物质(如 金属离子)而产生毒性。1, NP产生活性氧物质(ROS);2,-一些NP能群放金融肉产等仃毒物质；3, NP附着在细胞表面；4, NP通过细胞内陷、膜通道及细恤台咏作用等 进入细胞内部；5, NP产:生的ROS和有毒物质破坏细胞腴；6, NP通过破坏的细胞膜处进入细恤；7,NP对细胞产生仪化压力并破坏细胞圈等；7, 细胞内含物外泄到胞外;现今研究中存在的问题至今,绝大部分毒性研究均在实验室内进行,较' 卜考虑环境因索的影响，但实验内单生物库性测试 '结果不能代表真实环境的化学和生物学上的复杂性, 环境条件会影响纳米材料的物化屈性,从而影响其毒 2匕效应.少量:模拟研究