納米銀在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用及其生物學(xué)特性研究

1、納米銀在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用及其生物學(xué)特性研究一、納米銀在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用二、納米銀生物學(xué)特性的研究2 納米銀材料具有很穩(wěn)定的物理化學(xué)性能,在電學(xué)、光學(xué)和催化等眾多方面具有比普通銀更優(yōu)異的性能,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于陶瓷材料、環(huán)保材料和涂料等許多領(lǐng)域。一、納米銀在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用3 銀離子具有很強(qiáng)的殺菌性,在所有金屬中其殺菌活性名列第二(汞名列第一,但有毒副作用、現(xiàn)已不用) 。多年來的研究表明,銀離子對(duì)12 種革蘭氏陰性菌、8 種革蘭氏陽性菌、6 種霉菌均有強(qiáng)烈的殺滅作用。 但近年來的研究表明，納米銀顆粒的抗菌性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的銀離子殺菌劑,如硝酸銀和磺胺嘧啶銀，具有更好的殺菌效果。所以納米銀在醫(yī)學(xué)上也得到了廣泛

2、應(yīng)用。 4 2004年以來，已有89種含納米銀的醫(yī)療產(chǎn)品取得了我國各級(jí)食品藥品監(jiān)督管理局的注冊(cè)批件 ，進(jìn)入臨床應(yīng)用。5納米銀婦用抗菌器遼食藥監(jiān)械（準(zhǔn)）字2005第2640018號(hào)納米銀婦用抗菌凝膠豫食藥監(jiān)械（準(zhǔn)）字2005第26400157號(hào)納米銀婦用抗菌凝膠蘇食藥監(jiān)械（準(zhǔn)）字2005第2260683號(hào)納米銀婦科抗菌器黔食藥監(jiān)械（準(zhǔn)）字2005第2640012號(hào)納米銀醫(yī)用婦炎栓蘇食藥監(jiān)械（準(zhǔn)）字2005第2640745號(hào)納米銀婦女外用抗菌凝膠粵藥管械（準(zhǔn)）字2004第2640026號(hào)納米銀婦女外用抗菌器粵藥管械（試）字2004第2060018號(hào)納米銀手術(shù)切口貼湘食藥監(jiān)械（準(zhǔn)）字2006第264

3、0045號(hào)納米銀創(chuàng)傷貼湘食藥監(jiān)械（準(zhǔn)）字2006第2640044號(hào)6含納米銀醫(yī)療產(chǎn)品種類含納米銀醫(yī)療產(chǎn)品種類1、納米銀抗菌敷料納米銀創(chuàng)可貼、燒燙傷貼、潰瘍貼等2、納米銀抗菌導(dǎo)管超滑抗菌導(dǎo)尿管3、納米銀抗菌器械抗菌手術(shù)刀、手術(shù)鉗、手術(shù)鑷、手術(shù)針等74、納米銀婦科用品納米銀婦用抗菌器、納米銀抗菌洗液、納米銀婦用抗菌栓、納米銀婦用抗菌凝膠等5、納米銀計(jì)劃生育用品納米銀避孕套、納米銀宮內(nèi)節(jié)育器等6、其它納米銀骨水泥、納米銀外用抗菌噴霧器、納米銀口腔抗菌沖洗器等8長春市科新生化藥械研究所深圳市清華源興納米醫(yī)藥科技有限公司湖南湘佳醫(yī)用器材有限公司深圳市源興納米醫(yī)藥科技有限公司沈陽得康醫(yī)藥科技有限公司武漢名

4、實(shí)生物醫(yī)藥科技有限責(zé)任公司河南英泰醫(yī)療科技有限公司內(nèi)蒙古東銀科技有限公司內(nèi)蒙古國創(chuàng)高科生物醫(yī)學(xué)工程有限公司南京?？萍{米醫(yī)藥技術(shù)有限公司國內(nèi)生產(chǎn)納米銀醫(yī)療產(chǎn)品的公司國內(nèi)生產(chǎn)納米銀醫(yī)療產(chǎn)品的公司9泰州艾力特生物科技有限公司長春吉大高科技股份有限公司湛江新同德制藥有限公司桂林天和藥業(yè)股份有限公司貴州榮發(fā)制藥有限責(zé)任公司貴州佳宜醫(yī)藥科技有限公司貴州紅躍藥業(yè)有限公司廣東同德藥業(yè)有限公司福州康爾威醫(yī)療器械有限公司吉林邦安寶醫(yī)用設(shè)備有限公司深圳市愛杰特醫(yī)藥科技有限公司10二、納米銀生物學(xué)特性研究二、納米銀生物學(xué)特性研究112003年以來，已有很多研究報(bào)告了納米材料具有特殊的生物學(xué)性質(zhì)：（1）從生物體整體而言

5、，納米材料在生物體內(nèi)的分布途徑及靶器官具有特殊性 （2）從細(xì)胞水平來講，與常規(guī)材料不同，納米顆?？梢酝ㄟ^一些方式直接進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致細(xì)胞功能的改變甚至喪失，影響細(xì)胞的正常工作。12 納米材料這些生物學(xué)特性可能會(huì)導(dǎo)致生物負(fù)效應(yīng)。（1）納米材料在生物體內(nèi)的分布途徑及靶器官具有特殊性，可以分布和蓄積在常規(guī)材料無法到達(dá)的靶器官。所以，其毒性發(fā)生的部位、引起的毒性反應(yīng)、造成的病理變化和毒性作用機(jī)理與常規(guī)材料有明顯差異。（2）納米顆?？梢酝ㄟ^各種方式直接進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致細(xì)胞功能的改變甚至喪失，影響細(xì)胞的正常功能。13 所以，即使化學(xué)結(jié)構(gòu)完全相同，但只要一個(gè)物質(zhì)的尺度達(dá)到納米級(jí)，也要把該物質(zhì)作為一種新物質(zhì)，

6、采用更加適合納米材料的技術(shù)和手段，對(duì)其進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)。14 但是，對(duì)于納米銀這種已進(jìn)入臨床使用的納米醫(yī)用材料來講，它是否具有上述生物學(xué)特性、如果有是否造成生物負(fù)效應(yīng)了？對(duì)于這些問題的答案還不了解。15 因此以納米銀顆粒為研究對(duì)象，對(duì)它的生物學(xué)特性進(jìn)行研究。 （1）模擬臨床給藥方式，考察納米銀在體內(nèi)的吸收、分布、蓄積、代謝情況，觀察納米材料有無特殊靶器官。 （2）針對(duì)上述兩種納米材料的特殊靶器官進(jìn)行研究，力爭在細(xì)胞水平甚至分子水平上解釋兩種納米材料與靶器官細(xì)胞作用的機(jī)理。 16試驗(yàn)方法17將120只雌性Wistar大鼠隨機(jī)分為4組，分別為空白對(duì)照組、納米銀1次組、納米銀10次組、微米銀組；每組分

7、別注射1ml細(xì)胞培養(yǎng)液（空白對(duì)照溶液）、納米銀混懸液和微米銀混懸液，其中納米銀10次組分10次注射，每次注射0.1ml；銀的注射總量均為62.8mg/kg，注射方式為皮下注射。分別在2周、4周、8周、12周、18周、24周時(shí)，每組任選5只動(dòng)物，轉(zhuǎn)移到代謝籠中飼養(yǎng)，收集動(dòng)物24h糞便和尿液；之后分別從這些動(dòng)物股動(dòng)脈取約3ml血液；然后斷髓處死動(dòng)物，解剖取注射部位、腦、心、肝、脾、肺、腎、一根股骨、卵巢、子宮、腎上腺。18將所有臟器、血液和排泄物，用HNO3和HClO4消解，利用ICP-MS測試消解液中的Ag含量，再根據(jù)測試結(jié)果計(jì)算每個(gè)臟器中的Ag含量。分別在2周、12周、24周時(shí)，每組任選3只動(dòng)

8、物，解剖后用手術(shù)刀從取出動(dòng)物的注射部位皮膚、腎、肝、脾、腦、肺中取一小塊，處理后進(jìn)行超微病理分析。 19結(jié)果討論20納米銀和微米銀皮下注射后在體內(nèi)的分布注射后的納米銀和微米銀在大鼠體內(nèi)的分布代謝主要可分為3個(gè)部分：（1）蓄積在注射部位（2）被代謝排泄到體外（3）從注射部位遷移出并分布到體內(nèi)其它臟器。 21注射部位 排泄物22遷移到體內(nèi)的銀23納米銀和微米銀顆粒在體內(nèi)分布上的差異2425圖圖1-8 腎臟銀含量變化曲線圖腎臟銀含量變化曲線圖262728圖圖1-11 腦部銀含量變化曲線圖腦部銀含量變化曲線圖29圖圖1-12 肺部銀含量變化曲線圖肺部銀含量變化曲線圖30納米銀體內(nèi)分布途徑的推測 要想使

9、納米銀在體內(nèi)這么多臟器中分布，一般必須是通過生物體內(nèi)的循環(huán)系統(tǒng)，尤其是血液循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。而且已有研究報(bào)道進(jìn)入皮膚的納米材料可以遷移到淋巴液或血液中。 因此為了驗(yàn)證納米銀是否也是通過血液而分布全身的，在試驗(yàn)中的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)，從各組待殺動(dòng)物的股主動(dòng)脈抽取了1ml動(dòng)脈血，通過消解定容，最后利用ICP-MS測定了其中的銀含量。 31圖圖1-13 血液中銀含量變化曲線圖血液中銀含量變化曲線圖32進(jìn)入體內(nèi)的納米銀顆粒可能是以兩種狀態(tài)分布到全身。第一，納米銀在體內(nèi)可能被體液溶解，產(chǎn)生Ag，這些Ag再分布于全身。第二，因?yàn)榧{米銀表面帶負(fù)電荷，可與蛋白質(zhì)的正電荷因靜電吸附而形成的牢固結(jié)合，所以納米銀顆粒具有良好

10、的親蛋白性，可與血漿蛋白或其它生物蛋白反應(yīng)，材料表面覆有一層生物蛋白膜或者血漿蛋白膜，這些覆蛋白膜的納米銀流動(dòng)性更好，通過蛋白的代謝，分布于全身。 33所以僅根據(jù)本試驗(yàn)的ICP-MS的測試結(jié)果，是無法分辨出進(jìn)入體內(nèi)的銀是以離子形式存在還是以顆粒形態(tài)存在，也就不能判斷納米銀是否具有能夠在體內(nèi)遷移的生物學(xué)特性。所以進(jìn)一步對(duì)各組動(dòng)物體內(nèi)各臟器的超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀測。 342.2 超微病理分析結(jié)果35（1）腎在對(duì)照組和微米銀組動(dòng)物腎臟超微病理圖片中未發(fā)現(xiàn)異常物質(zhì)。但納米銀組動(dòng)物的腎小管上皮細(xì)胞的胞漿中可發(fā)現(xiàn)高電子密度的球形物質(zhì)，尺寸在納米級(jí)，推測為納米銀顆粒；這些納米銀顆?？赡芊植荚谌苊阁w和線粒體中。此

11、外，在納米組動(dòng)物的腎小球、腎小囊腔、血管腔中也發(fā)現(xiàn)有相似的納米尺度高電子密度的球形物質(zhì)。 36腎小球和腎小囊腔邊緣的足細(xì)胞足突上發(fā)現(xiàn)有納腎小球和腎小囊腔邊緣的足細(xì)胞足突上發(fā)現(xiàn)有納米銀顆粒，但在腎小囊腔中未發(fā)現(xiàn)有納米銀顆粒米銀顆粒，但在腎小囊腔中未發(fā)現(xiàn)有納米銀顆粒a40000 Bar=100nmb40000 Bar=100nm372周 12周 24周 20000 Bar300nm 20000 Bar300nm 40000 Bar100nm腎小管上皮細(xì)胞中的納米銀顆粒腎小管上皮細(xì)胞中的納米銀顆粒38（2）肝在對(duì)照組和微米銀組動(dòng)物肝臟超微病理圖片中未發(fā)現(xiàn)異常物質(zhì)。但納米銀組動(dòng)物的肝細(xì)胞胞漿中可發(fā)現(xiàn)高

12、電子密度的球形物質(zhì)，尺寸在納米級(jí)，推測為納米銀顆粒；這些納米銀顆粒可能分布在溶酶體和線粒體中。此外，在納米組動(dòng)物的肝血竇、竇周隙中也發(fā)現(xiàn)有相似的納米尺度高電子密度的球形物質(zhì)。 39 20000 Bar300nm 40000 Bar100nm 由上圖可以發(fā)現(xiàn)在肝血竇的竇周隙中有由上圖可以發(fā)現(xiàn)在肝血竇的竇周隙中有納米銀顆粒，因此可以推斷納米銀顆?？梢约{米銀顆粒，因此可以推斷納米銀顆粒可以從血管內(nèi)皮細(xì)胞間隙遷移到竇周隙中。從血管內(nèi)皮細(xì)胞間隙遷移到竇周隙中。 40 2周 12周 24周 40000 Bar100nm 20000 Bar300nm 40000 Bar100nm 超微病理照片顯示在肝細(xì)胞中

13、也發(fā)現(xiàn)有納米超微病理照片顯示在肝細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)有納米銀顆粒。推測是部分納米銀顆粒依然會(huì)以單分散銀顆粒。推測是部分納米銀顆粒依然會(huì)以單分散的形式存在，并進(jìn)入了肝細(xì)胞內(nèi)。的形式存在，并進(jìn)入了肝細(xì)胞內(nèi)。 41（3）脾在對(duì)照組和微米銀組動(dòng)物脾臟超微病理圖片中未發(fā)現(xiàn)異常物質(zhì)。但納米銀組動(dòng)物的脾索淋巴細(xì)胞胞漿中可發(fā)現(xiàn)高電子密度的球形物質(zhì)，尺寸在納米級(jí)，推測為納米銀顆粒；這些納米銀顆?？赡芊植荚谌苊阁w和線粒體中。此外，在納米組動(dòng)物的脾血竇中也發(fā)現(xiàn)有相似的納米尺度高電子密度的球形物質(zhì)。而且發(fā)現(xiàn)納米銀組動(dòng)物脾臟巨噬細(xì)胞數(shù)量較多。42 40000 Bar100nm20000 Bar300nm脾索中的納米銀顆粒脾索中

14、的納米銀顆粒43 2周 12周 24周40000 Bar100nm 40000 Bar100nm 20000 Bar300nm 超微病理照片顯示在淋巴細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)有納米銀顆粒。推測是部分納米銀顆粒依然會(huì)以單分散的形式存在，并進(jìn)入淋巴細(xì)胞內(nèi)。 44（4）腦在對(duì)照組和微米銀組動(dòng)物腦部超微病理圖片中未發(fā)現(xiàn)異常物質(zhì)。但納米銀組動(dòng)物的腦部超微病理圖片可以看到比較多壞死的神經(jīng)元，而且腦神經(jīng)元中可發(fā)現(xiàn)高電子密度的球形物質(zhì)，尺寸在納米級(jí)，推測為納米銀顆粒。這些納米銀顆?？赡芊植荚诰€粒體中。此外，納米組動(dòng)物的血腦屏障外的星形細(xì)胞腳板腫脹，顯示血腦屏障被破壞。在被破壞的血腦屏障的血管內(nèi)皮細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)有相似的納米尺

15、度高電子密度的球形物質(zhì)。45 納米組 微米組 空白對(duì)照組 納米銀組動(dòng)物的血腦屏障外側(cè)的星形細(xì)胞腳板明顯腫大，這顯示血腦屏障被破壞。與微米銀組和空白對(duì)照組之間有明顯差異。 46ab 10000 Bar1m 40000 Bar100nm被破壞的血腦屏障中有納米銀顆粒被破壞的血腦屏障中有納米銀顆粒b47 40000 Bar100nm 40000 Bar100nm正在通過血腦屏障的納米銀顆粒正在通過血腦屏障的納米銀顆粒48推測可能有兩種途徑：（1）第一，通過血管內(nèi)皮細(xì)胞的胞吞和胞吐的轉(zhuǎn)運(yùn)作用通過血腦屏障。（2）松弛內(nèi)皮細(xì)胞間的緊密連接或溶解內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞膜的方式破壞BBB 而進(jìn)入腦細(xì)胞。 但是僅通過本

16、試驗(yàn)的研究結(jié)果很難斷定，納米銀顆粒是如何從血液中遷移出來的，還需要進(jìn)一步的研究證明。 49 a b c 10000 Bar1m 5000 Bar1m 20000 Bar300nm正常神經(jīng)元和固縮神經(jīng)元中的納米銀顆粒正常神經(jīng)元和固縮神經(jīng)元中的納米銀顆粒a 正常神經(jīng)元正常神經(jīng)元 b 固縮神經(jīng)元固縮神經(jīng)元c 固縮神經(jīng)元中有納米銀顆粒固縮神經(jīng)元中有納米銀顆粒50 2周 12周 24周 40000 Bar100nm 40000 Bar100nm 40000 Bar100nm納米銀組動(dòng)物神經(jīng)元中的納米銀顆粒納米銀組動(dòng)物神經(jīng)元中的納米銀顆粒51（5）肺在對(duì)照組和微米銀組動(dòng)物肺部超微病理圖片中未發(fā)現(xiàn)異常物質(zhì)。

17、但納米銀組動(dòng)物的肺泡上皮細(xì)胞的胞漿中可發(fā)現(xiàn)高電子密度的球形物質(zhì)，尺寸在納米級(jí)，推測為納米銀顆粒。此外，在納米組動(dòng)物的血管腔中也發(fā)現(xiàn)有相似的納米尺度高電子密度的球形物質(zhì)。52 2周 12周 24周 40000 Bar100nm 40000 Bar100nm 40000 Bar100nm肺泡上皮細(xì)胞中的納米銀顆粒肺泡上皮細(xì)胞中的納米銀顆粒53在本研究中對(duì)各個(gè)臟器超微病理分析照片中可以發(fā)現(xiàn)高電子密度的球形物質(zhì)，尺寸在納米級(jí)。將這些照片與原始的納米銀顆粒照片比較，可以發(fā)現(xiàn)各臟器血管腔中的高電子密度物質(zhì)從電子密度和尺寸這兩方面與納米銀基本一致，可以推斷這些高電子密度的球形物質(zhì)是納米銀顆粒。所以，可以推斷納米銀在體內(nèi)依然還是以顆粒狀態(tài)存在的，并以顆粒狀態(tài)在全身分布。 54結(jié)論（1）皮下注射后，納米銀與微米銀在體內(nèi)的分布、蓄積和排泄有明顯差異。在試驗(yàn)期間，最高曾經(jīng)有約0.15的納米銀分布于動(dòng)物體內(nèi)各臟器；但只有不到0.02的微米銀分布到體內(nèi)，與空白對(duì)照相比無顯著性差異。這證明相比于微米銀，納米銀更易分布到體內(nèi)其它臟器。（2）體內(nèi)各臟器中，納米銀在腎、肝、脾、腦、肺等部位的分布明顯高于微米銀。到試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，還有部分納米銀蓄積于腎、肝、脾、腦、肺中，所以這些器官是納米銀作用的靶器官。（3）納米銀主要是以顆粒狀形態(tài)通過血液循環(huán)系統(tǒng)遷移到腎、肝、脾、腦、肺等