环境工程学报
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国际刊号:1673-9108
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纳米颗粒危害人体消化器官

  科学家研发了一种微流体装置,它能够重现胃肠道与肝脏的相互作用,从而对纳米颗粒的毒性做出更真实的评估。科学家已经利用该装置对肝脏组织进行了单器官实验,但是,在接下来的多器官实验中,它在低于预期水平的纳米颗粒浓度下探测到了肝脏组织损伤。


  许多研究仅关注纳米颗粒对医学的积极作用,但康奈尔大学的迈克尔?舒勒实验室的研究员曼迪?艾施却表示,她的项目正在检查纳米颗粒的不利影响。


  这种“芯片人体”装置是一种迷你的人体模型,不过将人体的真实大小缩小了40万倍。装置分隔成不同部分,其中是与细胞培养物类似的各种组织。两条流体回路,将胃肠道模块的基底外侧与芯片、肝脏容器连接在了一起。


  芯片以HepG2/C3A细胞(即人肝肿瘤细胞)代表肝脏,而模拟肠道的,则是肠上皮细胞类似物Caco-2(人克隆结肠腺癌细胞)和分泌粘液素的细胞类似物HT29-MTX的共培养物。将羧化聚苯乙烯纳米颗粒进行荧光标记后,就能追踪它们在腔室之间的移动。而测量天冬氨酸转氨酶(细胞死亡后释放到培养基里的一种胞质酶)的浓度,就能知道肝脏的受损程度了。


  研究发现,单个纳米颗粒和较小的纳米颗粒聚合物能够跨越胃肠道屏障,到达肝细胞。越过胃肠道后的颗粒,zeta电位有所增加,这表明,进入人体后,纳米颗粒的潜在毒性会提高。但是,大一些的纳米颗粒,也就是那些与细胞膜相作用并聚合成簇的颗粒,却被更加有效地拦截住了。


  胃肠道是防止消化后的物质进入体循环的重要屏障。初期结果显示,肝细胞轻度损伤后会释放可溶性中介物,这些物质可能会损坏构成胃肠道的细胞,从而加重最初的损伤。而在之前的单器官实验中,这些不利影响并没有显现出来。


  美国哈佛大学的生物工程师金贤政认为,改造后的微型设备能够重现出特化的多细胞构架;这样的设备非常重要,它有助于成功地评估纳米颗粒吸收水平及其对肝脏的毒害作用。他认为,艾施团队的这项研究“强调了微流体芯片器官技术的重要性,这项技术能够为药物和环境颗粒物的吸收、代谢和毒性机理研究提供新的体外试验工具”。


  未来的实验会采用组织的三维构建,这会使模拟更加真实,并为观察到更可靠的生理行为提供可能。


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