纳米毒理学:披着羊皮的狼?

摘要

随着纳米颗粒在一些消费产品中的使用增加，以及从医药到油墨的一系列领域的应用，这些独特材料的安全性越来越受到关注。除了它们新颖的物理和化学性质外，它们在生物系统和环境中的行为也相当不同。目前评估它们对生物系统的不利影响的方法是针对分子开发的，很明显，针对分子开发的方法适用于NPs。本综述文章揭示了导致毒理学的NP的优点和缺点。

简介

因此，大约在20世纪80年代，通过德雷克斯勒的理论和公共工作的研究，纳米技术的概念框架得到了发展和推广，以及高度可见的实验进展，纳米技术作为一个现代创新领域的出现，引起了对现代生物科学和现代原子结构的额外广泛关注。二十世纪八十年代，这两项重大突破推动了现代纳米技术的发展[1-4］．到2000年代中期，新的严肃的科学关注开始蓬勃发展。已经出现了许多项目来制作纳米技术路线图，这些路线图以原子精确操纵物质的概念为中心，并讨论现有和预计的能力、目标和应用。

几种元素与银、铜等元素的胶体，包括现在已知的含有与纳米颗粒接触的元素的配方，已经在商业上使用了近100年，通常用作杀菌剂、生物肥料。雷竞技网页版然而，在过去十年中，生物杀灭银或铜和纳米产品的注册数量急剧增加，这很可能是纳米科学和工程能力的提高的结果，这使得np的配方即使在恶劣的环境条件下也具有更高的耐久性和/或持续的抗菌作用[4-6］．与许多其他类型的纳米颗粒一样，与宏观尺度或“散装”纳米颗粒相比，Ag NPs是否应该受到更多的监管审查，引发了争议。

纳米材料的毒性

纳米技术是21世纪一个快速发展的领域，其商业应用纳米粒子的新应用已经呈指数级增长。迄今为止，大多数人造纳米材料的细胞毒性和遗传毒性的科学基础尚不清楚。纳米材料的毒性机制近年来得到了广泛的研究[6，7-15］．纳米毒性最重要的机制是产生活性氧(ROS)，导致衰老、应激等。

我们已经看到了广泛的纳米技术产品，它们可以分为几个不同的化合物类别，其中包括金属及其氧化物，碳，二氧化硅和半导体。纳米材料的毒性已在不同的生物系统和细胞系系统(在活的有机体内)和不同的生物(在体外)，包括人类、啮齿动物、水生物种、巨噬细胞、鲶鱼、斑马鱼，甚至藻类等植物物种。碳及其相关的金属纳米材料是应用最广泛的工程纳米材料或粒子。类金属纳米粒子，如纳米金(纳米金)[16]、纳米银(纳米银)[17，纳米铜(Cu^{+ 2}) [18]，纳米铝(Al^＋３) [19]、纳米镍(Ni)[20.]、纳米钴(Co)[21]和其他纳米颗粒已经被广泛研究。金属纳米颗粒是一种广泛的工业材料，广泛用于食品着色剂、化妆品和纳米药物等药物的添加剂。

ROS生成过剩与细胞损伤

在线粒体基质细胞中，由氧合成三磷酸腺苷，经线粒体基质中质子和电子转移反应的一系列偶联反应还原为水。在这个过程中，少量或百分比的氧被完全还原为水，形成超氧阴离子自由基，形成链式反应，随后与其他形式的含氧自由基反应。因此，活性氧是发生在线粒体基质中的所有细胞氧化代谢的副产物[22-25］．

生物活性氧包括超氧自由基、羟基自由基、单线态氧和过氧化氢。活性氧在细胞信号系统、有丝分裂诱导的生理反应中起着重要作用。除了氧化应激，还有其他几种生物反应可以在体内产生活性氧。几种过渡金属，如铜^{+ 2}和菲^{+ 2}也可参与单电子氧化还原反应，导致活性氧的形成[26-32］．

这种活性氧的过量产生可诱导氧化应激，导致正常细胞无法维持正常的生理氧化还原调节功能以维持其完整性。细胞功能和发育的损害包括蛋白质的氧化修饰以产生蛋白质自由基、脂质过氧化的启动、dna链断裂和核酸的修饰、通过激活氧化还原敏感转录因子调节基因表达以及通过信号转导调节炎症反应[33-39］．

纳米毒性的机理——究竟发生了什么?

活性氧的产生和随之而来的氧化焦虑是一个促使纳米毒性的巨大系统，包括DNA损伤、细胞动力学中不受调节的细胞信号改变、细胞毒性、细胞凋亡和恶性肿瘤的开始和发展决定了各种纳米金属氧化物的细胞毒性、DNA损伤和氧化焦虑[40-44) (CuO, TiO₂， ZnO, CuZnFe₂O₄、铁_3.O₄和菲₂O_3.)、碳纳米颗粒和多壁CNTs在人肺上皮细胞系A549中的表达。他们证实，纳米cuo在激发细胞毒性、DNA损伤、氧化性溃疡和完全扩大细胞内ROS方面最强。纳米氧化锌具有细胞毒性和DNA损伤作用。Nano-TiO₂含有金红石和锐钛矿两种形状，只会对DNA造成伤害。Nano-Fe_3.O₄和nano-Fe₂O_3.无或低细胞毒性[45-52］．

通过NP研究多剂量毒性

在单剂量毒性研究中，根据人体不同给药途径和暴露时间的需要，最常见的给药途径是口服，其次是真皮和吸入。重复剂量的皮肤研究可以通过重复剂量的口服研究的合理有效的结果来绕过[53-57］．认识到评估纳米颗粒治疗研究毒理学方面的需求及其重要性，已经进行了几项研究，以研究将姜黄素装入用于治疗溃疡性结肠炎的聚合纳米颗粒中的各种毒理学研究。

然而，为了有效地应对治疗性纳米颗粒的毒理学问题所带来的挑战，仍然需要进行非常综合的研究，以制定设计和一致的实验方案，准确地确定与这些系统相关的危害，并朝着预测毒理学原则前进[58-65］．

纳米粒子就像披着羊皮的狼吗?

人类和动物通过皮肤真皮接触、摄入和可能通过吸入暴露于毒素。系统血液中的毒性浓度取决于摄取的毒素通过膜、代谢和排泄等屏障的暴露和转移方式，以及毒素在不同组织中的非特异性分布。一小部分毒素会到达目标部位。毒素靶点的相互作用启动了一系列机制，(坏死，DNA损伤和膜毒性)。纳米颗粒的命运已在流程图中给出[66-71］．它们是许多毒理学途径，如膜损伤/泄漏/变薄(阳离子NPs)蛋白质结合，展开反应，功能丧失，纤颤(金属氧化物NPs，聚苯乙烯树枝状分子，碳纳米管[72-74]) DNA裂解/突变(Ag NPs) [72-76］．线粒体损伤，电子转移，三磷酸腺苷合成，凋亡(Si NPs，阳离子NPs，超细颗粒[77-81）.

结论

虽然我的调查并没有确凿的证据表明纳米粒子的作用就像英国谚语一样披着羊皮的狼根据列出的少数负面报道，不能得出结论。只有进一步的实验才能以某种方式提供确凿的证据。纳米颗粒的使用，由于其突出的特点，性质和结果结果，允许在科学的各个领域的发展，即电子，新型医疗和工业产品。在过去十年中，纳米颗粒在研究和商业上的应用日益增加，从而引起了人们对纳米颗粒健康方面的兴趣和安全性[82-85］．此外，由于其独特的特性、性能，特别是极高的表面张力比和表面活性，进一步使其安全和健康问题复杂化，可能导致对人类的毒性。

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