第一情报 ---生物与医药

美国学者首次实现碳纳米管活体成像及潜在毒性研究

供稿人:王娟  供稿时间:2007-11-15   关键字:碳纳米管  纳米医学  SWNTs  果蝇  
近年来,纳米技术和纳米材料的不断发展给社会、科技及人们的生活都带来了巨大的影响。纳米与生物学及医学的结合更催生了一个重要的研究应用领域——纳米医学(nanomedicine),给传统医学诊断和治疗带来巨大变革。纳米医学的具体表述有很多种,但是主要指纳米材料、技术在医学方面的应用,其涵盖的内容有:药物输送、分子诊断等[1]。
 
碳纳米管(carbon nanotube,CNT)作为一种重要而有代表性的纳米材料,在纳米医学领域也有广泛的应用研究。首先,CNT是一种备受关注的药物输送(drug delivery)纳米载体,由于其表面可以方便地进行功能化,并且能够顺利穿透细胞膜将负载分子输送至细胞内部,所以一些学者、研究团体对功能化CNT向细胞内输送药物分子及生物分子(蛋白质、核酸)等作了广泛、深入的研究[2-5]。另外,CNT具有独特的物理光学性质,例如吸收红外光而升温,可以用于深组织热疗[2],发射红外光荧光,可以用于体内的成像诊断[6]。虽然CNT显示了良好的药物输送性能,具有独特性质在体内诊断、治疗方面都很有应用潜力,但是CNT的潜在毒性也引发了人们对其生产、使用,特别是体内应用的担忧。
 
因为CNT的尺寸在几百纳米左右与超微粉尘颗粒接近,所以对于CNT的毒性研究,一方面集中在CNT制造、使用时可能产生的对环境及人体健康,如呼吸系统、皮肤的危害[7-8]。但是,CNT在纳米医学中的重要应用,如作为药物输送载体或诊断试剂,是人为摄入或注射进体内。所以对CNT活体内潜在毒性的全面研究是CNT最终得以临床应用的前提。
 
大量关于CNT的细胞水平研究,证实表面功能化水溶性CNT能将药物分子导入目标肿瘤细胞,而对正常细胞的生长没有明显影响[2-5]。然而,更进一步的毒性研究也多局限于CNT对动物组织的影响,对于活体内CNT的分布和毒性研究的数据仍然缺乏[9]。最近,美国研究者首次实现了CNT活体内成像,得到CNT在活体内分布及潜在毒性的信息。
 
2007年8月,位于美国休斯顿的赖斯大学(Rice University)的Weisman教授研究小组及其合作者Beckingham教授在美国化学会刊物Nano Letters上发表了他们关于单壁碳纳米管(SWNTs)在果蝇(drosophila)体内的近红外成像和生物相容性研究[6](题为Single-Walled Carbon Nanotubes in the Intact Organism: Near-IR Imaging and Biocompatibility Studies in Drosophila)。这是首次在活体内进行CNT成像的报道。虽然果蝇属于低级动物,所以仍需要更多关于SWNTs在高级动物(哺乳动物)体内分布及潜在毒性的研究,但是目前的研究结果显示了SWNTs在该体系内没有不良影响,所以值得进一步深入SWNTs在生物医学方面的应用研究,包括利用CNT发射近红外荧光的独特性质进行成像诊断[6,9]。这个工作为CNT在活体内的研究提供了很好的参考。
 
Weisman教授研究小组及其合作者在该研究中,利用SWNTs所发射独特的近红外荧光,对果蝇活体内分布的SWNTs进行非破坏性成像观测。他们用含有不同剂量SWNTs的发酵粉糊喂养刚孵化出的果蝇幼虫。幼虫经过初期喂养阶段(4~5天)后体重约增加了200倍,然后变成蛹,直至变成成虫。通过观察果蝇生长过程,以及幼虫体内SWNTs的近红外荧光成像,他们得到以下主要研究结果[6,9]:
 
1.果蝇幼虫经由食物摄入SWNTs并不影响其生长、发育及主要生理机能,如成熟后的繁殖力;并且添加的不同剂量SWNTs均没有产生短期毒性。
 
2.分布在果蝇体内的SWNTs可以通过其发射的近红外荧光进行成像观测,无需破坏性操作(如组织切片等)。而通过组织切片,则可以进一步观察到单个SWNT。
 
3.除了极微量SWNTs“被吸收进”组织,绝大部分摄入的SWNTs都顺利地经过消化系统最后排出,没有对果蝇造成不良影响。
 
虽然并不能排除SWNTs对果蝇某些生命周期的微小影响,但是这样的实验结果足够证明摄入的SWNTs对果蝇没有不良生理影响。而摄入的SWNTs中只有约一亿分之一进入了果蝇的组织,如果这对其它昆虫也成立,则表明环境中的SWNTs不会通过昆虫进入整个食物链。
 
该研究至少揭示了SWNTs在纳米医学方面的两个潜在应用。一是SWNTs独特的近红外荧光发射性质,使其在活体内的分布可以被非破坏性地成像观测,所以提供了很好的体内诊断手段;二是SWNTs在活体内没有产生明显的不良影响,因此具有作为药物输送载体等应用于体内的巨大潜力[6,9]。以此工作为先锋,随着对CNT等纳米材料在活体内研究的不断深入,纳米医学必将真正走向临床,极大提高诊断、治疗水平而造福人类。
 
参考文献
[1] Emerich DE,Thanos CG,Biomolecular Engineering 23 (2006)171-184。
 
[2] Kam NWS,O’Connell M,Wisdom JA,Dai HJ,Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 102 (2005)11600-11605。
 
[3] Kam NWS,Jessop TH,Wender PA,Dai HJ,J. Am. Chem. Soc. 126 (2004)6850-6851。
 
[4] Kam NWS,Liu Z,Dai HJ,Angew. Chem. Int. Ed. 35 (2006) 577-581.
 
[5] Klumpp C, Kostarelos K, Prato M, Bianco A, Biochimica et Biophysica Acta 1758 (2006) 404-412.
 
[6] Leeuw TK, Reith RM, Simonette RA, Harden ME, Cherukuri P, Tsyboulski DA, Beckingham KM, Weisman RB, Nano Letters 7 (2007) 2650-2654.
 
[7] Lacerda L,Bianco A,Prato M,Kostarelos K,Advanced Drug Delivery Reviews 58(2006)1460-1470。
 
[8] Smart SK,Cassady AI,Lu GQ,Martin DJ,Carbon 44(2006)1034-1047。
 
 
 
作者简介
王娟,上海情报服务平台兼职情报分析员

万方数字化期刊中相关文章
金属型和半导体型单壁碳纳米管的分离研究进展
作者:徐勇|贾红兵|李林|俞成良|黄键|
刊名:新技术新工艺
年:2007
卷:
期:12
摘要:单壁纳米管(SWNTs)因其独特的电学、力学等性能在纳米电子器件等领域有着巨大的应用前景.本文概述了单壁碳纳米管的结构及与电性能之间的关系,介绍了金属型和半导体型单壁碳纳米管的分离方法及研究进展.
利用碳纳米管制成的柔性有机发光二极管
作者:崔晓楠|
刊名:今日电子
年:2006
卷:
期:06
摘要:
碳纳米管/羟基磷灰石/聚乳酸椎间融合器的细胞相容性
作者:金大地|张海兵|
刊名:中国组织工程研究与临床康复
年:2007
卷:11
期:44
摘要:目的:前期实验证实碳纳米管/羟基磷灰石/聚乳酸椎间融合器能很好地满足人体脊椎的生物力学要求,尚需进一步观察其细胞相容性,为临床应用提供参考数据.方法:实验于2007-03/06在南方医科大学南方医院脊柱骨病科实验室完成.①材料和浸提液制备:将聚乳酸、羟基磷灰石、碳纳米管按质量比6∶3∶1制备碳纳米管/羟基磷灰石/聚乳酸复合材料,并提取浸提液.②细胞毒性测试:参照GB/T16886.5-1997-ISO 10993-5:1992《医疗器械生物学评价细胞毒性试验体外法》的评价标准和要求,设立阴性对照组(生理盐水)、实验组(浸提液)、阳性对照组(质量浓度为64 g/L的苯酚),用Lg29细胞与材料浸提液共培养的方式进行.采用细胞形态观察法进行定性观察,观察L929细胞在培养24,48,72 h各时相点的细胞形态学变化,运用MTT比色法,测定上述各组L929细胞培养2,4,7 d的相对增殖度,判断材料对细胞的毒性程度.结果:①细胞增殖变化:随时间延长,3组细胞的吸光度值均明显增加(P<0.01).实验组L929细胞相对增殖度在第2,4,7天分别为94.3﹪,96.5﹪和97.2﹪,参照国家标准碳纳米管/羟基磷灰石/聚乳酸的细胞毒性为1级;实验组与阴性对照组比较差异不显著(P>0.05);阳性对照组与其他2组比较差异显著(P<0.05).②细胞形态变化:实验组细胞形态正常,呈梭形,贴壁生长良好.根据细胞形态学标准,碳纳米管/羟基磷灰石/聚乳酸浸提液无细胞毒性.结论:碳纳米管/羟基磷灰石/聚乳酸复合材料细胞相容性良好,细胞毒性为1级,参照GB/T16886.5-1997-ISO10993-5:1992标准属于安全范围.

注册成为正式用户,登陆后,获得更多阅读功能与服务!
转载本文需经本平台书面授权,并注明出处:上海情报服务平台www.istis.sh.cn
了解更多信息,请联系我们

§ 请为这篇文章打分(5分为最好)