国家重大科学研究计划项目“生物医学纳米材料对血细胞作用的研究”工作进展与讨论

纳米材料对血液免疫功能细胞的作用及其在白血病免疫治疗中的新方法研究

中国医学科学院基础医学研究所 许海燕 教授


以金芯/银纳米棒为模型阐释纳米银的毒性及机理

银纳米颗粒具有广谱高效的抗菌活性,在生物医药、食品、电子产品、家居用品等方面吸引着越来越多的研发兴趣和应用,特别是新近的研究报道,银纳米颗粒对白血病细胞具有独特的杀伤作用。与此同时,银纳米颗粒的毒理学性质和安全应用的评价标准也受到极大的重视与关注。大量体外实验数据表明,银纳米颗粒通过诱导细胞的氧化应激反应而引起线粒体损伤,并最终导致细胞凋亡。多次口服或者静脉注射的银纳米颗粒会在动物体内蓄积,甚至可以跨越血脑屏障。但是,由于银离子溶出的存在,银纳米颗粒的体内毒性机理尚不明确,器官毒性的报道也比较少。

我们实验室与国家纳米科学研究中心的吴晓春研究员合作,利用具有金纳米棒芯和银外壳独特结构的银纳米棒(Au@Ag NRs),作为银纳米颗粒的模型材料,同时,模拟严重烧伤时皮下组织直接暴露于含纳米银敷料的情况,在Balb/c 小鼠皮下单次注射250 μL(含Au:0.53 mg,银:0.35 mg)的Au@Ag NRs 溶液。注射后一个月内(24 h、8 d 和28 d)取血液和组织样本,进行生化指标分析、ICP-MS 检测、组织化学和病理学分析。


图1 左:金芯/银纳米棒(Au@Ag NRs)的物理化学特性,右:Au@Ag NRs皮下注射后的银离子溶出和全身扩散示意图。

我们所采用的Au@Ag NRs 中的金和银的比例固定,金芯在生理环境下稳定,可以作为内标,而银单质会溶出银离子。因此,如果在组织中同时检测到金和银元素时,说明Au@Ag NRs以颗粒形式存在于组织中,如果只检测到银元素,则表明银元素来自于银离子的扩散。同时,通过检测组织中金、银元素的比例,也可以说明银外壳是否在生理环境中溶解以及银离子的溶出速度。研究结果显示:皮下注射的Au@Ag NRs 主要聚集在注射部位,并引起了补体系统的活化。少量Au@Ag NRs 迁移到淋巴结中。Au@Ag NRs 表面的银快速溶解,银离子扩散到心、肝、脾、肺、肾、脑等器官。补体的活化以及肾脏中蓄积的银离子引起了肾脏组织的氧化应激反应,导致肾小球损伤和功能下降。这些长程、动态追踪的结果提示,在银纳米颗粒的应用中,需要严格选择适应症和明确安全窗。上述研究于2013年7月发表在国际学术刊物Nanotoxocology。


图2 银纳米颗粒介导的补体活化和肾脏中蓄积的银离子引起了肾脏组织的氧化应激反应,导致肾小球损伤。