公共衛(wèi)生學(xué)院開設(shè)“納米毒理學(xué)”的必要性初探

[摘 要] 納米科技的飛速發(fā)展對(duì)人們的生活產(chǎn)生了重要的影響。納米材料為人們生活提供便利的同時(shí)，也對(duì)人類的健康、生態(tài)和環(huán)境造成潛在的負(fù)面影響。由于公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)處于保衛(wèi)人類健康的重要位置，高校應(yīng)當(dāng)順應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求在預(yù)防醫(yī)學(xué)本科生教學(xué)內(nèi)容中及時(shí)普及納米毒理學(xué)專業(yè)知識(shí)。而目前國內(nèi)絕大多數(shù)高校公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)的本科生并沒有接受納米毒理學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)教育。因此，亟須在教學(xué)中開展“納米毒理學(xué)”課程，為未來納米毒理學(xué)的研究奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，并為納米毒理學(xué)的發(fā)展提供人才儲(chǔ)備。

[關(guān)鍵詞] 公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué)；毒理學(xué)；納米材料；納米毒理學(xué)；交叉科學(xué)

[基金項(xiàng)目] 2020年度蘇州大學(xué)研究生課程思政示范課程項(xiàng)目“流行病學(xué)原理與方法”

[作者簡(jiǎn)介] 仲曉燕（1989—），女，工學(xué)博士，江蘇連云港人，蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部公共衛(wèi)生學(xué)院講師，主要從事納米醫(yī)學(xué)與納米毒理學(xué)研究。

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-9324（2022）06-0105-04 [收稿日期] 2021-06-30

納米科學(xué)、信息科學(xué)和生命科學(xué)，成為21世紀(jì)的三大支柱科學(xué)領(lǐng)域[1]。其中，納米科學(xué)是一門新興的、以納米尺度的物體為研究對(duì)象的科學(xué)[2]。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的定義，納米材料（Nanomaterials）的尺寸在三維中至少有一維處于1～100 nm之間[3]。從起源上看，納米材料包括天然納米材料（如鐵蛋白）和人工納米材料；從維度上看，納米材料包括零維（如富勒烯）、一維（如納米管）、二維（如納米片）及三維（如納米復(fù)合物）納米材料；從化學(xué)組成上看，納米材料包括有機(jī)（如聚合物）和無機(jī)（如金屬基納米材料）納米材料[3]。由于納米尺度介于原子簇與宏觀物體之間，因此納米材料具有獨(dú)特物理化學(xué)性質(zhì)如機(jī)械性能、光電學(xué)性質(zhì)和生物反應(yīng)活性等[3]。我國“十三五”規(guī)劃綱要中明確提出大力發(fā)展功能納米材料，使其廣泛應(yīng)用于生物、化工、醫(yī)藥、國防、電子等諸多領(lǐng)域[4]。尤其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）已批準(zhǔn)多種含鐵納米顆粒用于鐵缺乏病的治療（如CosmoFer， Dexferrum ， Feraheme等）[5]、磁共振成像造影劑（如Resovist ， Feridex ， Endorem 等）[6]、化療藥（Doxil ， AbraxaneTM等）[7]，以及國內(nèi)上市的用于淋巴結(jié)示蹤的納米炭混懸注射液[8]。與此同時(shí)，越來越多的功能納米材料已被開發(fā)出來用于疾病的成像、診斷與治療[9]。盡管這些研究尚處于基礎(chǔ)研究階段，但其因具有傳統(tǒng)治療方式無法比擬的優(yōu)勢(shì)，在未來有臨床轉(zhuǎn)化的潛能。

一、納米毒理學(xué)的興起

納米材料的廣泛應(yīng)用在發(fā)揮積極作用的同時(shí)，其新穎性也引起人們對(duì)其潛在毒性的思考，即對(duì)健康、生態(tài)和環(huán)境的危害。納米材料可通過皮膚、呼吸道、消化道、血液等途徑進(jìn)入人體，并與細(xì)胞、器官和組織相互作用，影響生物學(xué)行為。然而，關(guān)于其對(duì)人類健康的長(zhǎng)期效應(yīng)以及對(duì)環(huán)境的影響的研究較少。包括美國國家職業(yè)衛(wèi)生研究所（NIOSH）和日本衛(wèi)生部等在內(nèi)的政府機(jī)構(gòu)曾經(jīng)提出：是否應(yīng)該像對(duì)待石棉一樣謹(jǐn)慎對(duì)待看似無害碳納米管[10]。人們擔(dān)心納米技術(shù)的高速發(fā)展以及對(duì)納米產(chǎn)品需求的增長(zhǎng)可能會(huì)使納米材料成為21世紀(jì)的“石棉”[1]。因此，在關(guān)注納米材料正面效應(yīng)的同時(shí)不能忽視其負(fù)面效應(yīng)，以更好地反饋和指導(dǎo)納米材料的安全開發(fā)和應(yīng)用。自2004年開始，關(guān)于“納米安全性（Nanosafety）”或“納米毒性（Nanotoxicity）”問題的SCI論文發(fā)刊量逐年上升（見圖1），表明人們對(duì)納米材料潛在危害性的重視程度逐年上升。

納米技術(shù)發(fā)展的安全需求催生和加速了一門新興的交叉學(xué)科，即納米毒理學(xué)（Nanotoxicology）的成長(zhǎng)[11]。納米毒理學(xué)是毒理學(xué)的一門分支學(xué)科，是研究納米材料的特殊特性與生物系統(tǒng)相互作用對(duì)生命體系所產(chǎn)生的毒理學(xué)效應(yīng)。納米毒理學(xué)的目標(biāo)是揭示納米材料的物理、化學(xué)性質(zhì)與誘導(dǎo)毒性生物反應(yīng)之間的關(guān)系對(duì)人類健康的可能影響[12]。在納米科技發(fā)展的背景下，納米毒理學(xué)不僅屬于新的基礎(chǔ)科學(xué)的前沿領(lǐng)域，也是保障納米技術(shù)可持續(xù)發(fā)展以及納米產(chǎn)品安全應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（一）國際納米生物效應(yīng)與安全性研究的標(biāo)志性事件

自Science雜志于2003年首次發(fā)表文章“American Chemical Society Meeting： Nanomaterials Show Signs of Toxicity”以來，各國政府高度重視納米負(fù)面生物效應(yīng)的研究，支持力度不斷增加。例如，美國投入的經(jīng)費(fèi)逐年提升；英國出版Nanotoxicology雜志推動(dòng)了納米毒理學(xué)研究的熱潮；德國對(duì)納米材料的潛在致癌作用進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；瑞典和法國建立了使用納米材料數(shù)量和類型等信息的強(qiáng)制性報(bào)告制度。另外，歐共體、FDA、經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）也積極參與納米材料安全性評(píng)估的研究熱潮[13]。

（二）我國納米生物效應(yīng)與安全性研究的發(fā)展現(xiàn)狀

我國開展納米毒理學(xué)研究對(duì)國際產(chǎn)生了重要影響。早在2001年，中國科學(xué)院高能物理所就提出了“開展納米生物效應(yīng)、毒性與安全性研究”的建議。次年，我國第一個(gè)以納米材料的健康效應(yīng)與生物安全性為研究方向的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“中國科學(xué)院納米生物效應(yīng)與安全性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”誕生。迄今，實(shí)驗(yàn)室取得了一系列研究成果。其中，陳春英研究員等人近期在Nature Nanotechnology（自然·納米技術(shù)） 發(fā)表了題為“Long-term Pulmonary Exposure to Multi-walled Carbon Nanotubes Promotes Breast Cancer Metastatic Cascades”的文章，首次報(bào)道了碳納米管（CNT）長(zhǎng)期呼吸暴露后的延遲毒性，可導(dǎo)致原位乳腺腫瘤的多發(fā)性轉(zhuǎn)移，揭示了其對(duì)肺部以外的遠(yuǎn)端器官的腫瘤發(fā)生發(fā)展的影響[14]。其他開展納米毒理學(xué)研究的高校包括東南大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院、蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部放射醫(yī)學(xué)與防護(hù)學(xué)院輻射納米毒理研究中心等。

趙宇亮院士說，中國若想在納米科技領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)權(quán)，必須以前瞻性的視角進(jìn)行納米安全性戰(zhàn)略研究，必須從國家層面建立研究平臺(tái)和評(píng)價(jià)體系。包括我國在內(nèi)的許多國家正積極開展納米材料的生物安全性研究，把生物環(huán)境健康效應(yīng)以及職業(yè)衛(wèi)生防護(hù)等問題列在納米科技發(fā)展戰(zhàn)略的重要位置，以促進(jìn)納米技術(shù)更好地安全應(yīng)用和可持續(xù)發(fā)展。目前，中國在全球排名中位列第一，表明我國在該領(lǐng)域所付出的努力以及對(duì)全球安全發(fā)展納米技術(shù)的貢獻(xiàn)（見表1）。盡管目前尚無納米材料生物安全性的系統(tǒng)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但科學(xué)家仍在為之努力。

二、預(yù)防醫(yī)學(xué)教育的現(xiàn)狀

預(yù)防醫(yī)學(xué)是一門以人群為研究對(duì)象，運(yùn)用多種技術(shù)手段研究健康的影響因素及其作用規(guī)律，闡明機(jī)體內(nèi)外因素與人群健康的相互關(guān)系，并制定公共衛(wèi)生策略與措施，以預(yù)防疾病、提高生命質(zhì)量為目的的學(xué)科[16]。

在所授課程中，“毒理學(xué)”是從醫(yī)學(xué)角度研究環(huán)境有害因素（化學(xué)、物理和生物因素）對(duì)機(jī)體的毒作用、生物學(xué)機(jī)制、安全性評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)度評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)度管理與交流的科學(xué)[17]。其中，高校在預(yù)防醫(yī)學(xué)本科生的教學(xué)中設(shè)置了“衛(wèi)生毒理學(xué)”課程，而未設(shè)置“納米毒理學(xué)”的專業(yè)課程。

三、公共衛(wèi)生學(xué)院開展“納米毒理學(xué)”教學(xué)的意義

由于預(yù)防醫(yī)學(xué)處于保衛(wèi)人群健康的第一線，納米材料生物安全性研究給預(yù)防醫(yī)學(xué)帶來了機(jī)遇，研究醫(yī)用納米材料毒理學(xué)可以提高其生物安全性以更好地發(fā)揮疾病診治的價(jià)值；而研究工業(yè)納米材料毒理學(xué)可以發(fā)現(xiàn)劑量反應(yīng)關(guān)系，提高工業(yè)納米材料的安全性，保護(hù)作業(yè)人員的安全和人們生存環(huán)境的安全。但隨之而來的是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。采用傳統(tǒng)毒理學(xué)研究手段難以科學(xué)地揭示納米材料在人體內(nèi)的規(guī)律，這就必須采用學(xué)科交叉的方式去創(chuàng)造新的研究手段。目前我國納米材料生物安全性研究的隊(duì)伍已初具規(guī)模，但與歐美相比，我國的研究團(tuán)隊(duì)仍然較少。隨著國家在多學(xué)科交叉融合研究平臺(tái)體系建設(shè)的投入逐步提升，需要更多高水平的科技人員加入研究隊(duì)伍[18]。

從研究納米毒理學(xué)的科學(xué)意義、國家戰(zhàn)略高度和人才儲(chǔ)備緊缺等方面可以看出，迫切需要在預(yù)防醫(yī)學(xué)領(lǐng)域開展納米毒理學(xué)研究。目前，我國關(guān)于納米毒理學(xué)方面的研究已出版多個(gè)專著，包括趙宇亮院士領(lǐng)銜11個(gè)國家的科學(xué)家編著的世界第一本教科書Nanotoxicology、出版的10部《納米生物效應(yīng)》系列叢書；楊祥良教授主編的《納米藥物安全性》以及莊志雄教授等主譯的《納米毒理學(xué)-特征，劑量和健康效應(yīng)》（Nanotoxicology-Characterization， Dosing and Health Effects），因此教科書資源豐富，有利于學(xué)生了解納米毒理學(xué)的發(fā)展歷史和已取得的研究基礎(chǔ)；此外還有不斷更新的學(xué)術(shù)論文，有利于學(xué)生了解最新的發(fā)展動(dòng)態(tài)和未來的發(fā)展方向。在教學(xué)上開展“納米毒理學(xué)”這門課，能夠讓預(yù)防醫(yī)學(xué)的學(xué)生在本科階段對(duì)納米毒理學(xué)有較為全面和系統(tǒng)的認(rèn)知，并且通過實(shí)驗(yàn)課和文獻(xiàn)閱讀，可以讓學(xué)生更加直觀地感受納米毒理學(xué)的重要性、趣味性和挑戰(zhàn)性。通過對(duì)學(xué)生進(jìn)行理論知識(shí)傳授能夠讓學(xué)生具備更加扎實(shí)的毒理學(xué)理論基礎(chǔ)，更加有利于今后納米毒理學(xué)科研工作的開展。

結(jié)語

納米毒理學(xué)的發(fā)展方興未艾，其作為一種交叉學(xué)科并不是預(yù)防醫(yī)學(xué)能夠獨(dú)立解決的問題，而是需要充分發(fā)揮各學(xué)科的特長(zhǎng)共同解決這一問題。尤其是從預(yù)防醫(yī)學(xué)學(xué)科視角，對(duì)納米材料的生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用等環(huán)節(jié)進(jìn)行干預(yù)，有望對(duì)人群的健康防護(hù)和納米技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生正面影響。因此，亟須在公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)的教學(xué)中開展“納米毒理學(xué)”課程，為今后更高水平的納米毒理學(xué)研究輸送人才。

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On the Necessity of Offering the Course of Nanotoxicology in the School of Public Health

ZHONG Xiao-yan

（School of Public Health， Medical College of Soochow University， Suzhou， Jiangsu 215123， China）

Abstract： The rapid development of nanotechnology has had an important and far-reaching impact on people’s lives. While providing convenience for people， nanomaterials also have potential negative effects on human health， ecology， and environment. As the major of public health and preventive medicine is in an important position to safeguard human health， colleges and universities should conform to the needs of social development to popularize the professional knowledge of Nanotoxicology among undergraduates in response to the needs of social development. Unfortunately， at present， the vast majority of undergraduates majoring in public health and preventive medicine in domestic universities have not received the systematic education on Nanotoxicology. Therefore， it is urgent to set up this course in order to lay a solid foundation for the future research of Nanotoxicology and provide talent reserve for the development of Nanotoxicology in our country.

Key words： public health and preventive medicine； toxicology； nanomaterials； Nanotoxicology； interdisciplinary science

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