納米金對生殖毒理學(xué)的影響

納米金對生殖毒理學(xué)的影響

0納米金的生殖毒性納米金是一種重要的研究和應(yīng)用材料。它具有易合成、易加工、冷熱轉(zhuǎn)化、藥物性質(zhì)和良好的生物相溶性等特點(diǎn)。隨著納米金的廣泛應(yīng)用，暴露于人體的可能性將顯著增加。此外，它還可能對人類健康產(chǎn)生潛在影響。目前，有許多關(guān)于納米金細(xì)胞毒性和納米金動物化學(xué)的報(bào)告。最近，有一篇關(guān)于納米二氧化鈦（tio2）和碳納米管的毒性報(bào)告。當(dāng)所著何明科傳播納米二氧化鈦（tio2）和碳納米管時(shí)，妊娠大鼠在ti2上暴露，這將導(dǎo)致子代睪丸的生精異常，以及子代幼鼠的腦基因異常的出現(xiàn)。重復(fù)尾靜脈下面的水平線，也沒有影響成年大鼠的繁殖能力。納米金屬素是不能被生物分解的物質(zhì)，因此研究納米金的生殖毒性也非常重要。本文致力于納米金生殖系統(tǒng)的進(jìn)展和未來研究。1納米金對精子的毒性納米材料可能會引起體細(xì)胞的炎癥甚至是惡性轉(zhuǎn)化.然而,較多的納米金對體細(xì)胞的毒性研究結(jié)果表明,納米金是生物相容性高的納米材料,提示無毒性或低的細(xì)胞毒性.到目前為止,關(guān)于納米金對生殖細(xì)胞(配子)影響的研究僅有兩篇報(bào)道,主要是關(guān)于納米金對雄性生殖細(xì)胞(精子)影響方面的研究.Wiwanitkit等報(bào)道了化學(xué)衍生的納米金粒子暴露下,精子的運(yùn)動活力降低.Taylor等報(bào)道了當(dāng)暴露于激光作用下的配基修飾的自由納米金粒子時(shí),精子的運(yùn)動活力降低.在這兩個(gè)報(bào)道中,都提示納米金可以降低精子的運(yùn)動活力,但納米金不引起異常精子數(shù)目增加,也不會損傷精子膜.一般認(rèn)為是納米金自身沒有這方面毒性,主要是表面修飾化學(xué)物的毒性.同時(shí),Taylor等的研究結(jié)果表明,沒有修飾的納米金能影響精子的受精能力.關(guān)于納米金對雌性生殖方面影響的研究也很少.Stelzer等報(bào)道了納米金和卵巢顆粒細(xì)胞共孵育24h,納米金破壞細(xì)胞內(nèi)的線粒體,還有類固醇生成.納米金能促進(jìn)卵巢顆粒細(xì)胞雌激素的分泌.到目前為止,還沒有納米金對卵母細(xì)胞毒性的相關(guān)研究報(bào)道.2-動物模型的個(gè)體水平的研究2.1納米金進(jìn)入睪丸的時(shí)間依賴特性雄性生殖系統(tǒng)主要由下丘腦-垂體-睪丸(睪丸、附睪、生殖腺)組成.其中的下丘腦、垂體和生殖腺是分泌激素和生殖腺的器官,能夠調(diào)節(jié)精子生成過程和精子活動過程.睪丸是精子發(fā)生的器官,由各級生精細(xì)胞組成,產(chǎn)生精子.在生精小管和血管之間形成了一層結(jié)構(gòu)緊密的血睪屏障.這個(gè)血睪屏障是由血管內(nèi)皮細(xì)胞、基膜和支持細(xì)胞間的緊密連接構(gòu)成.血睪屏障能保護(hù)生精細(xì)胞不受外界物質(zhì)的影響,維持精子發(fā)生在一個(gè)相對穩(wěn)定的場所進(jìn)行.所以研究納米金對雄性生殖系統(tǒng)(睪丸)影響的第一個(gè)關(guān)鍵問題就是納米金是否能通過血睪屏障?理論來說,納米材料是不能通過血睪屏障的,然而實(shí)際研究則表明很多納米材料可以通過血睪屏障.大量的研究表明,納米金在生物體的分布具有時(shí)間和尺寸的依賴性.Balasubramanian等通過尾靜脈注射納米金到大鼠體內(nèi),發(fā)現(xiàn)納米金在注射后1和2個(gè)月時(shí),睪丸內(nèi)納米金含量增加.這個(gè)結(jié)果顯示納米金進(jìn)入睪丸具有時(shí)間依賴的特性.DeJong等通過尾靜脈注射10,50,100或250nm的納米金顆粒到大鼠體內(nèi),發(fā)現(xiàn)10,250nm的納米金顆粒在注射1d后,大鼠的睪丸中有納米金,然而,50,100nm的納米金顆粒沒有在睪丸中檢測到,證明了納米金進(jìn)入睪丸具有尺寸依賴的特性.以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示納米金能通過血睪屏障,然而缺少直接的證據(jù)來說明這個(gè)結(jié)果.我們合成了兩種不同化合物修飾的納米金(氨基化聚乙二醇修飾和甲氧基聚乙二醇修飾納米金),通過尾靜脈注射納米金到成年雄性小鼠,運(yùn)用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)結(jié)果定量地證明了納米金能夠在雄性小鼠睪丸中富集,且氨基化聚乙二醇(NH2-PEG)修飾的納米金在小鼠睪丸中的富集量是甲氧基聚乙二醇(CH3O-PEG)修飾納米金的兩倍以上,說明納米金進(jìn)入睪丸具有表面修飾基團(tuán)依賴的特性.我們進(jìn)一步通過暗場顯微鏡觀察到小鼠的曲細(xì)精管的管腔中存在納米金,說明納米金可以通過血睪丸屏障,以及通過透射電子顯微鏡拍攝到了生精細(xì)胞中有納米金,證明了納米金能通過血睪屏障并進(jìn)入生精細(xì)胞.這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果都直接地證明了納米金能通過血睪屏障.同時(shí),我們通過連續(xù)3次重復(fù)注射這兩種不同化合物修飾的納米金,檢查了血睪屏障相關(guān)蛋白含量的變化,發(fā)現(xiàn)納米金通過血睪屏障是依賴于血睪屏障的動態(tài)開關(guān),而非直接破壞血睪屏障.這個(gè)理論模型與銀納米顆粒通過血睪屏障的門控開關(guān)模型假設(shè)相符合.納米金在體外對生精細(xì)胞的毒性研究表明,納米金對精子運(yùn)動活力有明顯影響.我們報(bào)道了通過連續(xù)3次重復(fù)注射納米金到小鼠體內(nèi),氨基化聚乙二醇(NH2-PEG)修飾的納米金能夠增加睪酮的分泌,但不影響小鼠的生育能力,甲氧基聚乙二醇(CH3O-PEG)修飾的納米金不影響睪酮的分泌,也不影響小鼠的生育能力.實(shí)驗(yàn)結(jié)果也提示納米金自身沒有明顯毒性,可能主要是表面修飾化學(xué)物的毒性帶來的毒性效應(yīng).同時(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明納米金沒有明顯的生殖毒性.這與體外水平納米金和精子共孵育時(shí),納米金能使精子的運(yùn)動活力降低的報(bào)道看起來有些沖突.其實(shí)產(chǎn)生這個(gè)結(jié)果的原因可能是納米金通過血睪屏障的能力不強(qiáng),僅有0.2%(注射納米金量)的納米金能分布在睪丸中.所以在體內(nèi),精子接觸到的納米金就很少了,并不足以影響精子的運(yùn)動活力或受精能力.2.2血吸收劑對胎兒和胎兒屏障的影響關(guān)于納米金對雌性生殖系統(tǒng)毒性的研究,主要集中在納米金對雌性孕鼠影響的研究.研究的重點(diǎn)是納米金是否能通過血胎盤屏障進(jìn)入子代,以及納米金是否影響母體的健康兩個(gè)方面.Challier等通過髂動脈注射198Au-膠體金顆粒(4~200nm)到SD孕鼠,發(fā)現(xiàn)在注射15min后,超過90%的納米金儲存在母體的肝臟中,在羊水、胎膜和胎兒中沒有檢測到放射性納米金.這個(gè)結(jié)果提示納米金不能通過血胎盤屏障.使用表面負(fù)電荷的單分散球形的2或40nm的膠體金顆粒,對C57BL/6孕鼠尾靜脈注射24h后殺鼠,在胎兒和胎盤中都沒有檢測到納米金,提示納米金不能通過血胎盤屏障.通過尾靜脈注射直徑為5和30nm198Au-膠體金顆粒到Wister孕鼠,Takahashi等發(fā)現(xiàn)胎兒的放射性顯示,在注射后1h和24h,5nm的納米金能在胎兒中檢測到,在注射后24h,30nm的納米金能在胎兒中檢測到.通過血胎盤屏障的效率很低,如5nm和30nm的通過率僅為0.018%和0.005%.這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明納米金可以通過血胎盤屏障系統(tǒng).Yang等通過尾靜脈注射鐵蛋白、聚乙二醇、檸檬酸修飾的13nm納米金到妊娠5.5d和15.5d的孕鼠.注射5h后,用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀檢測到了胎盤、臍帶、羊膜與子宮壁這些胚外組織都有納米金.納米金在肝臟、脾臟和腎臟中的積累在不同修飾的納米金和不同妊娠時(shí)間上沒有顯著的不同.妊娠11.5d之前,各種納米金都能在胎兒組織中含量較高,妊娠11.5d之后,納米金在胎兒組織中含量會下降.這些結(jié)果提示在孕鼠中暴露納米金會影響胚胎/胎盤的成熟.以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果無論證明了納米金能或不能通過血胎盤屏障,都研究了納米金對孕鼠的影響,發(fā)現(xiàn)納米金沒有產(chǎn)生很明顯的生殖毒性,或認(rèn)為就沒有毒性.2.3納米金的毒性越來越多的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了納米金能通過血胎盤屏障,研究納米金對生物體生殖毒性影響最終的落腳點(diǎn)是其對后代的影響,因此,研究納米金對后代的毒性影響就日顯重要和迫切.通過尾靜脈注射直徑為5和30nm的198Au-膠體金顆粒到孕鼠,Takahashi等發(fā)現(xiàn)胎兒的放射性,提示納米金可以通過血胎盤屏障系統(tǒng).他們的研究表明納米金沒有對后代產(chǎn)生影響.Yang等通過尾靜脈注射鐵蛋白、聚乙二醇、檸檬酸修飾的13nm的納米金,發(fā)現(xiàn)胚外組織都有納米金的富集.同時(shí),也沒有觀察到納米金對后代產(chǎn)生毒性影響.以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都提示納米金的毒性較小或無毒性.然而,這些是不是能說明納米金對后代就不會有毒性呢?或許是納米金通過血胎盤屏障的效率不高,納米金的累積暴露劑量和累積暴露時(shí)間還沒到毒性效應(yīng)劑量.所以,對納米金在懷孕母親或幼兒上的運(yùn)用,還是要相當(dāng)謹(jǐn)慎才行.3生殖毒性研究隨著納米材料的良好發(fā)展和廣泛應(yīng)用前景,納米材料的毒性研究被提上日程,每年開展的國際納米毒理學(xué)和納米應(yīng)用學(xué)會議,引起了越來越多研究者的關(guān)注.其中,納米材料生殖毒理是一個(gè)關(guān)乎人類的遺傳、發(fā)育、后代健康的學(xué)科,是一個(gè)多學(xué)科交叉發(fā)展的領(lǐng)域.因此,關(guān)于納米材料生殖毒理的研究,近年來發(fā)展尤為迅猛.本文僅對生物相溶性高、穩(wěn)定性好、應(yīng)用廣泛的納米金的體內(nèi)-體外生殖毒理研究進(jìn)展進(jìn)行概括,拋磚引玉.關(guān)于其他納米材料的生殖毒理的研究也十分重要.這是眾多基礎(chǔ)研究領(lǐng)域科學(xué)家面臨的重大挑戰(zhàn),這也是多領(lǐng)域科學(xué)