外用納米產(chǎn)品安全性的研究進(jìn)展

朱羞陽，趙曉英，王超君，陸艷飛，楊棟（.空軍杭州航空醫(yī)學(xué)鑒定訓(xùn)練中心，杭州30007；.杭州市兒童醫(yī)院，杭州 3004；3.南京軍區(qū)杭州療養(yǎng)院，杭州 30007）

納米產(chǎn)品（Nanomaterial）是指粒徑為1～100 nm的超微顆粒，具有獨(dú)特的性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、生物感應(yīng)和醫(yī)療保健等行業(yè)。納米化處理后物理效應(yīng)明顯增加，如小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，這些效應(yīng)導(dǎo)致了異常的吸附能力和化學(xué)反應(yīng)能力。納米材料由于易擴(kuò)散和高滲透性等獨(dú)特的理化性質(zhì)被人們廣泛應(yīng)用。但是隨著生物毒理學(xué)的發(fā)展，越來越多的研究指出納米材料對(duì)人體和生態(tài)環(huán)境可能具有潛在的危害。2007年7月，美國(guó)FDA發(fā)布首份納米技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品監(jiān)管調(diào)查報(bào)告，要求制訂針對(duì)納米產(chǎn)品的科學(xué)監(jiān)管方法。2012年9月原國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局（SFDA）發(fā)布通知，明確將納米銀等生物材料類醫(yī)療器械按第三類醫(yī)療器械管理，相關(guān)產(chǎn)品重新注冊(cè)，全面評(píng)價(jià)其安全性。

納米產(chǎn)品作用于人體的主要途徑有3種：口服、吸入和皮膚接觸。其中，皮膚產(chǎn)品的應(yīng)用范圍最廣泛，但危害最易被忽視。本文以“納米”“納米銀”“納米二氧化鈦”“納米氧化鋅”“納米鐵”等為關(guān)鍵詞，檢索中國(guó)知網(wǎng)、萬方、Web of Science等數(shù)據(jù)庫2004年1月1日至2013年11月1日與外用納米產(chǎn)品安全性相關(guān)的文獻(xiàn)，對(duì)其安全性評(píng)價(jià)方法、指標(biāo)及結(jié)果進(jìn)行綜述。

1 安全性評(píng)價(jià)方法

目前對(duì)納米材料外用安全性的評(píng)價(jià)方法主要包括：體外細(xì)胞毒性檢測(cè)、動(dòng)物毒性檢測(cè)、人體皮膚替代物評(píng)價(jià)等。

1.1 體外細(xì)胞毒性檢測(cè)

納米材料毒性通常源于細(xì)胞攝取，細(xì)胞學(xué)檢測(cè)是目前毒性評(píng)價(jià)的主要方法。主要采用的細(xì)胞類型為吞噬細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、肝細(xì)胞、上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、紅細(xì)胞和各種癌細(xì)胞，其中吞噬細(xì)胞是評(píng)價(jià)納米材料毒性的主要細(xì)胞模型。細(xì)胞檢測(cè)的主要指標(biāo)有活性氧（ROS）生成、細(xì)胞活力、細(xì)胞應(yīng)激、細(xì)胞形態(tài)和細(xì)胞的粒子攝取5個(gè)方面[1]。研究顯示，氧化應(yīng)激是納米二氧化硅的主要致毒原因[2]。此外，納米二氧化硅進(jìn)入細(xì)胞時(shí)，對(duì)細(xì)胞膜產(chǎn)生損傷，影響內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，納米二氧化硅對(duì)肺細(xì)胞、表皮細(xì)胞、肝細(xì)胞等均有毒性[2-3]。

1.2 動(dòng)物毒性檢測(cè)

動(dòng)物毒性檢測(cè)包括皮膚急性毒性試驗(yàn)、皮膚過敏性試驗(yàn)和皮膚刺激性試驗(yàn)等[4]。目前過敏性試驗(yàn)多采用豚鼠最大化試驗(yàn)和局部涂皮Buehler試驗(yàn)。廣泛采用的哺乳動(dòng)物模型有SD大鼠、♂C57BL/6N小鼠、C57BL/6小鼠；非哺乳動(dòng)物模型有斑馬魚、果蠅、虹鱒魚、歐亞鱸魚、日本青鰭、秀麗線蟲、牡蠣、黑頭呆魚[5-6]。

1.3 人體皮膚替代物評(píng)價(jià)

目前可用于納米材料皮膚毒性檢測(cè)的人體皮膚替代物評(píng)價(jià)模型有EpiDermTM、EpiSKINTM、SkinEthicTM和其他人體皮膚重構(gòu)模型。就其評(píng)價(jià)方法，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)MTT檢測(cè)皮膚毒性特異性較好，但靈敏度不高，白細(xì)胞介素1α（IL-1α）能檢測(cè)化學(xué)物的刺激性且靈敏度高[7]。為提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，常將MTT試驗(yàn)和IL-1α測(cè)定結(jié)合使用[8]。另有文獻(xiàn)報(bào)道，考察不同大小、形狀、包被的粒子暴露24 h后對(duì)完整的豬皮膚角質(zhì)層的滲透情況，用以評(píng)價(jià)納米材料的安全性[9]。

1.4 其他

張敏等[10]選用Wistar大鼠和Fmmu豚鼠對(duì)鬼臼毒素-固體脂質(zhì)納米粒經(jīng)皮膚用藥的安全性進(jìn)行考察。結(jié)果表明，在有效觀察時(shí)間，小劑量（5 mg/L）和大劑量（50 mg/L）的鬼臼毒素-固體脂質(zhì)納米粒對(duì)豚鼠皮膚均無刺激性和致敏性。大鼠在小劑量使用時(shí)，未出現(xiàn)明顯毒性反應(yīng)，大劑量使用時(shí)，易出現(xiàn)皮膚紅腫等炎癥反應(yīng)；皮膚破損時(shí)，易出現(xiàn)全身急性中毒反應(yīng)。

2 安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1 刺激性

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，納米顆粒對(duì)完整的皮膚無刺激性，且有良好的耐受性，可以阻擋納米顆粒的滲透[11]。納米二氧化鈦和納米氧化鋅顆粒更小，可能會(huì)出現(xiàn)毒理性，但不能透過皮膚的角質(zhì)層達(dá)到更深層[12]。如果皮膚有損傷，納米顆粒則易通過皮膚遷移進(jìn)入真皮，被淋巴細(xì)胞吸收或被巨噬細(xì)胞攝取，部分也可通過血液循環(huán)產(chǎn)生后續(xù)反應(yīng)[13]。

2.2 細(xì)胞毒性

納米材料通過體液輸送和血液循環(huán)，與細(xì)胞表面的載體通道、各種受體結(jié)合，使蛋白質(zhì)變性、細(xì)胞功能受阻，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，誘發(fā)炎癥反應(yīng)。另外，納米顆粒與蛋白質(zhì)、細(xì)菌和病毒等相互作用，可能會(huì)引發(fā)新的疾病[14]。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，納米氧化鈦能夠阻礙胞間通信，降低細(xì)胞的生長(zhǎng)速度；納米銀顆粒能明顯降低線粒體功能，大量產(chǎn)生ROS[11]。

2.3 遺傳毒性

納米材料吸附在細(xì)胞表面后，通過生物膜上的空隙進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器，進(jìn)而與生物大分子發(fā)生反應(yīng)，使生物大分子的結(jié)構(gòu)性能發(fā)生改變，導(dǎo)致遺傳物質(zhì)產(chǎn)生突變，影響精子的生成過程、形態(tài)和活力，也可能通過胎盤屏障對(duì)胚胎早期的組織分化產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致胎兒畸形[12]。

2.4 神經(jīng)毒性

納米材料通過血液循環(huán)進(jìn)入體內(nèi)后，容易透過血腦屏障，以神經(jīng)元轉(zhuǎn)移的方式進(jìn)入神經(jīng)系統(tǒng)[12]。另外，納米顆粒也可通過呼吸系統(tǒng)的神經(jīng)末梢，分布于神經(jīng)節(jié)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)。研究表明，納米二氧化鈦可經(jīng)鼻黏膜吸收并進(jìn)入腦組織，對(duì)腦中神經(jīng)遞質(zhì)的代謝產(chǎn)生影響[11]。

3 部分納米產(chǎn)品外用安全性評(píng)價(jià)結(jié)果

據(jù)美國(guó)Project on Emerging Nanotechnologies網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)，截至2011年3月，全球規(guī)范的納米產(chǎn)品已達(dá)1 317種。其中，營(yíng)養(yǎng)保健品占56.03%，化妝品和防曬霜占13.36%，食品和飲料占7.97%。涉及的納米材料包括納米銀（313種）、納米碳（91種）、納米二氧化鈦（59種）、納米二氧化硅（42種）、納米氧化鋅（31種）等[15]。在化妝品領(lǐng)域，納米產(chǎn)品主要包括可溶性納米微粒和不溶性納米微粒，其中可溶性納米微粒主要有納米脂質(zhì)體、納米乳滴等，不溶性納米微粒包括納米二氧化鈦等。在醫(yī)藥領(lǐng)域，外用納米制劑包括：納米粒、固體脂質(zhì)納米粒、納米乳、納米脂質(zhì)體、柔性納米脂質(zhì)體、納米醇質(zhì)體、磁性納米顆粒等。在納米功能性紡織品產(chǎn)品領(lǐng)域，納米銀、納米二氧化鈦、納米氧化鋅常被應(yīng)用于抗菌纖維的制造；納米二氧化鈦、納米氧化鋁、納米氧化硅常被用于抗紫外纖維的制造等[14]。

3.1 納米銀

納米銀粒子通過使細(xì)胞膜變性失活而達(dá)到殺菌效果，具有廣譜殺菌的特點(diǎn)，常用于治療燒傷燙傷、褥瘡、創(chuàng)面感染等[14]。但納米銀敷貼對(duì)皮膚角化細(xì)胞和成纖維細(xì)胞有毒性[13]。如果皮膚有損傷，納米顆粒更易透過皮膚進(jìn)入血液，蓄積在體內(nèi)引起肝腎損傷[13]。細(xì)胞毒性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，納米銀對(duì)人皮膚癌細(xì)胞、人皮膚全層細(xì)胞、人宮頸癌細(xì)胞和人表皮角質(zhì)細(xì)胞等均有毒性[5]。這可能與納米銀沉積于線粒體，產(chǎn)生大量活性氧，誘導(dǎo)產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，引起細(xì)胞凋亡和DNA損傷有關(guān)[16]。

納米功能性紡織品具有抗菌、防蛀、防皺免燙、防紫外線、拒水拒油等多種功能，應(yīng)用前景廣闊。研究表明，由于納米材料體積小、自由度高，可輕易通過呼吸道和皮膚，直達(dá)各組織器官。Kulthong K等[17]發(fā)現(xiàn)，抗菌紡織品表面的鈉米銀會(huì)經(jīng)毛孔進(jìn)入人造皮膚，且進(jìn)入量受鍍銀量、pH和汗液成分等影響。長(zhǎng)期接觸納米材料將導(dǎo)致體內(nèi)該物質(zhì)積累過多，危害人體健康。這提示在功能性紡織品和女性衛(wèi)生保健品中添加納米銀需要充分了解其長(zhǎng)期安全性。

3.2 納米二氧化鈦

納米二氧化鈦常被用于化妝品中，有美白防曬、抗衰老的功效。對(duì)豬皮進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，納米二氧化鈦顆粒僅沉積在皮膚角質(zhì)層的最外層[18]，角質(zhì)層的深面、真皮層及皮下組織并未檢測(cè)到其存在，表明納米二氧化鈦并未透過皮膚屏障進(jìn)入機(jī)體。

3.3 納米氧化鋅

納米氧化鋅可大大延長(zhǎng)橡膠鞋、雨靴等勞保制品的使用壽命，并可改善其外觀及色澤。另外，由于其較高的性價(jià)比，被廣泛應(yīng)用于建筑內(nèi)外墻乳液涂料及其他涂料中。體外模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，少量納米氧化鋅顆粒不會(huì)透過皮膚損害機(jī)體[13，19]，但在質(zhì)量濃度為10μg/ml以上時(shí)會(huì)引起顯著的炎癥反應(yīng)。

3.4 納米鐵

納米鐵在處理廢水、醫(yī)療、高分子材料等領(lǐng)域均有應(yīng)用。李鐵龍等[20]發(fā)現(xiàn)，納米鐵進(jìn)入細(xì)胞后，可造成超氧化物歧化酶（SOD）活性下降，引起細(xì)胞氧化損傷，導(dǎo)致細(xì)胞受損和凋亡。

4 結(jié)語

安全性評(píng)價(jià)的難度在于影響評(píng)價(jià)的因素太多，除納米材料自身的尺寸、結(jié)構(gòu)等理化性質(zhì)外[21]，實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的差異都會(huì)對(duì)納米材料所表現(xiàn)出的生物學(xué)效應(yīng)造成影響，在一定程度上影響納米材料的毒性和安全性評(píng)價(jià)。廣大學(xué)者仍需進(jìn)一步加強(qiáng)皮膚用藥的安全性評(píng)價(jià)，完善系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)。

[1]李淼，金義光.納米材料毒性的體外評(píng)價(jià)[J].國(guó)際藥學(xué)研究雜志，2010，37（1）：67.

[2]史宏博，王尊，于宏升，等.納米二氧化硅體內(nèi)與體外氧化應(yīng)激及細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)研究[J].寧波大學(xué)學(xué)報(bào)：理工版，2013，26（1）：127.

[3]劉建軍，何浩偉，張兵，等.納米二氧化硅致HaCaT表皮細(xì)胞毒性作用的蛋白質(zhì)組學(xué)研究[C]//中國(guó)環(huán)境誘變劑學(xué)會(huì)第14屆學(xué)術(shù)交流會(huì)議論文集，2009：241-248.

[4]Stebounova LV，Guio E，Grassian VH.Silver nanoparticles in simulated biological media：a study of aggregation，sedimentation，and dissolution[J].J Nanopart Res，2011，13（1）：233.

[5]Ahamed M，AlSalhi MS，Siddiqui MK.Silver nanoparticle applications and human health[J].Clin Chim Acta，2010，411（23/24）：1 841.

[6]王惟，武秋立，李隱俠，等.利用秀麗線蟲進(jìn)行納米材料安全性評(píng)價(jià)研究進(jìn)展[J].中國(guó)公共衛(wèi)生，2012，28（4）：556.

[7]Tornier C，Rosdy M，Maibach HI，et al.In vitro skin irritation testing on reconstituted human epidermis：reproducibility for 50 chemicals tested with two protocols[J].Toxicology in Vitro，2006，20（4）：401.

[8]劉珍.化妝品安全性評(píng)價(jià)中皮膚毒性若干替代實(shí)驗(yàn)方法的研究[D].上海：第二軍醫(yī)大學(xué)，2009：22-34.

[9]程樹軍，席靜.化妝品中納米材料的安全性評(píng)估及替代方法[C]//第八屆中國(guó)化妝品研討會(huì)論文集，2010：322-326.

[10]張敏，曾抗，李國(guó)鋒，等.鬼臼毒素-固體脂質(zhì)納米粒的皮膚毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)[J].中國(guó)組織工程研究與臨床康復(fù)，2007，11（13）：2 420.

[11]金華芳，袁琳，邱樂，等.納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用及安全性研究進(jìn)展[J].生物骨科材料與臨床研究，2009，6（5）：33.

[12]Newman MD，Stotland M，Ellis JI.The safety of nanosized particles in titanium dioxide-and zinc oxide-based sunscreens[J].J Am Acad Dermatol，2009，61（4）：685.

[13]張姍姍，薛玉英.納米金屬材料的毒理學(xué)研究進(jìn)展[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)：醫(yī)學(xué)版，2011，30（1）：151.

[14]馮憲.紡織服裝領(lǐng)域納米技術(shù)應(yīng)用及安全性分析[J].浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，11（1）：1.

[15]Project on Emerging Nanotechnologies.Analysis[EB/OL].（2011-03）[2013-09-16].http：//www.nanotechproject.org/inventories/consumer/analysis_draft/.

[16]Hsin YH，Chen CF，Huang S，et al.The apoptotic effect of nanosilver is mediated by a ROS-and JNK-dependent mechanism involving the mitochondrial pathway in NIH3T3 cells[J].Toxicol Lett，2008，179（3）：130.

[17]Kulthong K，Srisung S，Boonpavanitchakul K，et al.Determination of silver nanoparticle release from antibacterial fabrics into artificial sweat[J].Part Fibre Toxicol，2010，7（4）：8.

[18]丁玲，劉鵬，李世遷.納米材料毒性和安全性研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào)，2010，24（3）：29.

[19]百度文庫.氧化鋅的毒性[EB/OL].（2013-01-19）[2013-09-24].http：//wenku.baidu.com/view/4dae1847be1e650e 52ea99b6.html.

[20]李鐵龍，王學(xué)，金朝輝.不同狀態(tài)下納米鐵對(duì)細(xì)胞毒性機(jī)制研究[C]//第六屆全國(guó)環(huán)境化學(xué)大會(huì)論文集，2011：924.

[21]陳海群，汪冰，王凱全.納米材料對(duì)生物體的毒性研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，20（1）：106.