环境化学与生态毒理学国家重点实验室刘思金研究组在颗粒物的毒性评价方法和毒性机制研究方面取得新进展，相关研究成果近日发表于Small Methods (Yang and Wu, et al. 2018, 1700367)，Ecotoxicology and Environmental Safety (Wu, et al. 2018,150,207-214), Nano Research (Zhu and Xu, et al. 2018. DOI: org/10.1007/s12274-018-2001-4)和NPG Asia Materials (Liu, et al. 2018, 10, e458)。
肺是颗粒物进入机体后累积并诱发毒性的主要靶器官之一。肺表面被一层活性物质即肺表面活性剂（pulmonary surfactant）覆盖，是肺抵御颗粒物入侵的初始屏障。然而目前没有可靠的方法学可以评估颗粒物对这层肺表面活性剂的损伤，因此迫切需要开发行之有效的毒性评价方法。本课题组与美国夏威夷大学的左燚教授课题组合作，建立了一种称为“constrained drop surfactometry (CDS)”的体外实验方法，可以实时观察和定量评估空气颗粒物和纳米材料引起的肺表面活性剂表面张力的变化，并进一步反应颗粒物对肺表面活性剂的损伤情况（图1）。动物实验验证了此体外方法的可行性和可靠性。与动物模型相比，CDS实现了低成本和快速的评价颗粒物及人工纳米材料的肺表面损伤。相关成果发表于Small methods杂志。同时我们发现，不同的物理化学性质会影响炭黑颗粒的毒性效应，其毒性效应与炭黑颗粒的氧含量呈负相关关系，而这一现象主要归因于氧含量不同导致的聚合状态的差异（图2）。相关工作发表于Ecotoxicology and Environmental Safety杂志。
石墨烯类材料（例如：氧化石墨烯）因其具有独特的理化性质，已被广泛应用到包括生物医学在内的多个领域中。然而，目前对于氧化石墨烯环境健康风险的评估主要关注材料对靶向组织和细胞的直接毒性效应，而忽略了氧化石墨烯所产生的继发毒性和协同效应等。本研究中，我们发现低浓度暴露下（不直接导致显著细胞毒性），氧化石墨烯暴露可通过改变细胞的“激发态”状态，而增强重金属对巨噬细胞的毒性效应。机制研究表明，低浓度氧化石墨烯暴露可损伤巨噬细胞的形态和细胞膜的完整性，进而增加细胞对镉离子以及其它非必须金属离子（汞和钆）的摄入。同时，低浓度氧化石墨烯预处理巨噬细胞后，原本非毒性剂量的镉离子即可显著增强细胞的氧化应激反应并启动细胞的凋亡机制，最终导致细胞死亡（图3）。本研究为评估石墨烯类纳米材料的环境健康风险提供了新的思路。这部分工作发表于Nano Research 杂志。
与此同时，从拓展氧化石墨烯（GO）在生物医学领域的应用潜能、并有效规避其毒性效应的角度出发，我们制备了MoS2/GO复合二维纳米颗粒。制备的MoS2/GO纳米颗粒兼具MoS2和GO纳米颗粒的优点。一方面，GO可以提高MoS2纳米颗粒的分散性和稳定性，增强复合纳米材料对肺组织的靶向能力；另一方面，MoS2降低了GO诱导的体内外毒性效应。进一步研究结果显示，MoS2/GO纳米颗粒在与细胞的作用过程中，MoS2可以有效地降低GO纳米颗粒与巨噬细胞的相互作用，进而提高该复合纳米材料的生物安全性。此外，我们利用MoS2/GO纳米颗粒负载化疗药物阿霉素，证明复合纳米材料具有较高的药物负载率，并且可以有效的在体内外水平杀伤肺肿瘤细胞及具有肺转移倾向的肿瘤细胞。我们的研究成果为促进MoS2/GO复合纳米材料在生物医药领域更为安全、高效的应用提供了重要的基础科研数据（图4）。这部分工作发表于NPG Asia Materials 杂志。
图1 颗粒物体外毒性评价的constrained drop surfactometry (CDS) 法示意图
图2 氧含量影响炭黑颗粒毒性示意图
图3 氧化石墨烯暴露通过改变细胞的“激发态”状态，进而增强金属离子毒性效应的作用机制示意图
图4 二硫化钼/氧化石墨烯复合纳米材料拥有肺组织靶向潜能，良好的生物相容性以及在体内外水平高效杀伤肿瘤细胞的能力
原文链接1：https://doi.org/10.1002/smtd.201700367
原文链接2：https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2017.12.044
原文链接3：https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-018-1996-x
原文链接4：https://www.nature.com/articles/am2017225
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