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《纳米材料的暴露、毒性和对人体健康的影响》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： 郭文姣
  • 发布时间：2018-08-14

  • 工程纳米材料(ENM)的使用在21世纪之后有所增长。此外，ENM的生产在全球范围内都有所增长，工人特别是通过肺部接触ENM的情况也有所增加。本综述讨论了新环境对工人健康的影响，因为职业环境是接触新环境的主要来源。对暴露于ENM的评估是有要求的，而且目前没有职业暴露水平(OEL)用于ENM。这部分是由于此类度量的挑战，部分是由于ENM度量和效果之间未知的因果关系。关于ENM危害的系统知识也存在明显的空白。对暴露工人的人体健康调查或人类现场研究尚未确定ENM与特定暴露接触相联系的具体影响。然而，有一种共识，即材料的特性，如尺寸，化学影响ENM的效果。现有数据表明，多壁碳纳米管(MWCNT)可影响免疫系统，引起肺部炎症或哮喘症状，而碳纳米纤维(CNF)可引起间质纤维化。金属和金属氧化物纳米颗粒与MWCNT一起引起基因毒性，一种特定类型的MWCNT已被确定为可能的人类致癌物。目前，缺乏对ENM效应机制的理解，使得评估ENM的危害和风险成为一种需要。所谓的“组学”方法利用ENM介导的基因和蛋白质表达的改变，可能有助于开发一个新范式的新ENM危害和风险评估。

    ——文章发布于2018年2月23日

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相关报告

  • 《研究人员探索纳米材料的生物效应》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2019-12-19
    • 尽管纳米技术日益普及，但纳米颗粒的风险评估是一个艰巨的过程，给德国联邦风险评估研究所(BfR)带来了相当大的困难。 为了确定更有效的测试技术，一个研究小组，包括来自BfR和亥姆霍兹环境研究中心(UFZ)的科学家，仔细检查了纳米材料的生物影响。研究结果发表在《颗粒和纤维毒理学》杂志上。 纳米材料的应用范围很广，从建筑材料到染料，从医药到电子和化妆品。它们可以在各种不同的应用中找到，但这些材料的性质尚不清楚。 纳米材料的定义完全取决于它们的大小。1到100纳米之间的材料称为纳米材料。 克里斯汀·舒伯特博士，亥姆霍兹环境研究中心分子系统生物学系 为了直观地了解纳米材料的微小尺寸，1纳米仅仅是1毫米的百万分之一。由于纳米材料非常小，它们可以很容易地穿透人体——例如，通过胃肠道、皮肤和肺部，它们可以导致不利的影响。 与传统化学物质类似，纳米材料在工业化生产、使用和商业化之前也应该进行健康危害检测。 每一种纳米材料现在都在单独进行测试。此外，每个纳米材料变体都需要单独的测试，因为即使是最微小的变化——例如表面或尺寸特性——也会影响毒性。 纳米材料的风险评估有时是困难和非常耗时的。待测物质的清单每天都在变长，因为纳米技术正在成为一项具有广泛应用的关键技术。因此，我们迫切需要找到更有效的风险评估的解决方案。 Andrea Haase博士，德国联邦风险评估研究所 但是如何恰当地将纳米材料分类呢?它们的效果有相似之处吗?材料的哪些特性与这些效应有关?在这项新的研究中，BfR和UFZ的研究人员以及行业代表合作回答了这些问题。 舒伯特补充说:“我们关注的是生物效应，并研究了哪些分子和信号通路会受到哪些纳米材料的影响。” 研究人员进行了体外实验，他们将大鼠肺部的上皮细胞暴露在不同类型的纳米材料中，然后观察细胞内的变化。为了完成这项任务，研究人员使用了所谓的多组学技术——他们首先检测各种氨基酸和脂质以及数千种细胞蛋白，并分析细胞内重要的信号通路。 然后，在一种创新的生物信息学分析方法的帮助下，他们评估了大量的数据并得出了一些有趣的结果。 我们能够证明，具有毒性作用的纳米材料最初会引发氧化应激，而在这个过程中，细胞中的某些蛋白质会被上调或下调。在未来，这些关键分子可以作为生物标记物来快速有效地检测和提供纳米材料潜在毒性作用的证据。 克里斯汀·舒伯特博士，亥姆霍兹环境研究中心分子系统生物学系 如果纳米材料具有高水平的毒性，就会导致氧化应激的增加。随后是炎症过程的发展，细胞在特定的时间点后死亡。 “我们现在对纳米材料如何影响细胞有了更好的理解，”Haase补充说。“在生物标志物的帮助下，我们现在可以检测到比以前更低的毒性反应。” 此外，科学家们还发现了细胞代谢变化与纳米材料特性之间的明显联系。 “例如，我们能够证明，表面积大的纳米材料对细胞的影响与表面积小的纳米材料截然不同，”舒伯特补充说。 了解在毒性作用中起主要作用的参数类型将是非常有用的。这意味着纳米材料可以在制造过程中得到改善，例如，通过微小的改变，从而减少有害影响。 舒伯特说:“我们的研究使我们向前迈进了几大步。”“我们第一次广泛地分析了毒性作用背后的生物机制，根据其生物效应将纳米材料分类，并为新的检测方法确定了关键的生物标志物。” BfR的安德里亚·哈斯非常高兴:“研究结果对未来的工作很重要。它们将有助于为纳米材料的有效、可靠的风险评估提供新概念，并为我们确定前进的方向。”
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  • 《研究找到纳米材料与肿瘤转移相关的信号通路》
    • 来源专题：科技大数据监测服务平台
    • 编译者：zhoujie
    • 发布时间：2019-07-09
    • 研究找到纳米材料与肿瘤转移相关的信号通路。 多壁碳纳米管在肺部的长期沉积可促进原位乳腺肿瘤血管生成，乳腺肿瘤细胞浸润能力。 研究团队供图 碳纳米管(CNT)是重要的一维纳米材料，应用越来越广泛，其使用对健康的影响也引发关注，但关注材料对机体的系统性影响的研究寥寥，关注对肿瘤转移影响的研究就更少了。 国家纳米科学中心陈春英课题组与中国科学技术大学生命学院朱涛课题组展开合作，特别关注CNT的生物学效应及其机制。日前，双方的研究获得新进展，他们发现CNT单次肺部暴露后，影响除肺部外的远端器官或组织的肿瘤（乳腺癌）的发生发展，CNT呼吸暴露后的延迟毒性可导致原位乳腺肿瘤的多发性转移。这是首次关于CNT长期呼吸暴露对除肺部外的远端器官或组织的肿瘤发生发展影响的报道。近日，相关研究结果在线发表于《自然—纳米材料》杂志。 CNT由生产走向生活 CNT，是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米级管。由于其优良的导电性、场发射性能、大面积定向生长等特性，在电容器、织物、天线、建筑材料等领域展示出巨大的应用潜能。 已有研究发现，CNT呼吸暴露可引起实验动物肺部炎症和纤维化反应，出现局部肉芽肿和间质瘤的风险大大提高。因此，工业领域要求CNT的制造和应用必须要符合健康和安全的标准。2010年中国颁布了MWCNT表征和操作的国家标准。2011年，美国国家标准和技术局(NIST)制定了SWCNT标准物质；同年，国际标准化组织(ISO)和国际电工技术委员会(IEC)颁布了“碳纳米管中金属含量的绝对定量分析方法”。此后，电气与电子工程师协会(IEEE)制定了在洁净室内CNT加工标准。 “除了职业人群，其实已经有越来越多的公众也受到了CNT暴露的影响。”该论文通讯作者陈春英表示，国外文献发现，除了生产工作场所中的CNT，在巴黎、美国等地的空气样本中，尤其是“9·11事件”现场，均检测到CNT。CNT呼吸暴露离公众越来越近，公众接触到CNT的机会越来越多。 “然而迄今为止，CNT呼吸暴露多局限于肺部或心血管系统病变，而缺乏对全身系统影响和长期健康效应的研究。”该论文通讯作者朱涛强调。 可定向促进癌症转移 尽管关于CNT暴露的危害猜想很多，但不同于发病概率相对较高的职业暴露——二氧化硅、石棉暴露导致的矽肺、石棉肺，CNT导致的临床病例尚无报道。 为了研究CNT对肿瘤发生发展的影响，研究人员选择小鼠模型，单次肺部暴露CNT。观察发现，小鼠肺部的CNT可引起局部微环境改变——局部炎症和纤维化，这显著增强了乳腺肿瘤细胞侵入临近血管和周边组织的能力，促进小鼠肿瘤组织内血管生成。“这意味着，小鼠乳腺肿瘤细胞更容易向发生炎症的肺部转移，甚至进一步形成多器官转移。”陈春英表示。 分子水平的研究发现，CNT在肺部长期蓄积，刺激肺成纤维细胞和巨噬细胞分泌的VEGFA经血液循环到达乳腺肿瘤，直接促进肿瘤血管生成；此外，上调肿瘤细胞内源性VEGFA与COX-2的表达，从而启动VEGFA-COX-2的正反馈通路，使乳腺组织内血管生成持续增强，为肿瘤细胞的转移提供了“丰富的营养”和“肥沃的土壤”。 “也就是说，CNT暴露在不同组织器官形成的炎症和纤维化，为癌症转移提供了转移前和转移后的微环境，可‘定向’促进肿瘤细胞转移生长。”朱涛告诉《中国科学报》。 职业防护迫在眉睫 乳腺癌是一种常见肿瘤，患病人数逐年增加。国家癌症中心地数据显示，乳腺癌发病率位列女性恶性肿瘤之首，每年新增病例超30万。 英国伯明翰大学教授Iseult Lynch评价说，该研究提供了一个重大的机会，通过探索纳米材料与肿瘤转移相关的信号通路，可以促进对临床治疗干预方案的发展。 该研究还为纳米材料呼吸暴露的毒理学研究提供了启示。产品安全始终是一个国家能否安全发展的命脉。包括中国在内的许多国家正积极开展纳米材料生物安全性的研究，把纳米生物环境健康效应以及职业卫生防护等问题列在纳米科技发展战略的重要位置，以促进纳米技术更好的安全应用和可持续发展。 陈春英介绍，该研究系统、深入地研究了典型纳米材料长期低剂量暴露的生物安全性和毒理学机制。不但让人类意识到，生产场所的职业防护迫在眉睫，同时对普通人群暴露的健康效应研究也具有现实意义。
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