研究显示消费品中的纳米颗粒可以损伤DNA

使用高速筛选技术来分析DNA，新出版的研究发现，常见于消费产品的纳米颗粒可以显着损害DNA。

成千上万的消费品 - 包括化妆品，防晒霜和衣服 - 含有制造商添加的纳米粒子，以改善质地，杀死微生物或增强保质期。然而，几项研究表明，这些工程化纳米颗粒中的一些可以对细胞有毒。

麻省理工学院和哈佛大学公共卫生学院（HSPH）的一项新研究表明某些纳米颗粒也可以损害DNA。这项研究由Bevin Engelward，MIT教授，并担任HSPH的纳米技术和纳米毒理学中心主任Phsip Demokritou副教授。

研究人员发现，氧化锌纳米粒子通常用于防晒剂以阻断紫外线，显着损伤DNA。他们发现，已添加到玩具，牙膏，衣服等产品中添加到玩具，牙膏，衣服等产品中，也产生了大量的DNA损伤。

在最近发布的ACS Nano问题中发表的调查结果依赖于高速筛查技术来分析DNA损伤。这种方法使得可以以比以前更快的速率和更大的规模来研究纳米颗粒的潜在危险。

如果散装材料已被证明是安全的，食品和药物管理局不需要制造商在给定材料中测试纳米级添加剂。然而，有证据表明这些材料中的一些材料的纳米粒子形式可能是不安全的：由于它们的尺寸非常小，这些材料可以表现出不同的物理，化学和生物学性质，并且更容易渗透细胞。

“问题是，如果纳米粒子由被视为安全材料的东西制成，则通常被认为是安全的。有人在那里有人担心，但这是一个艰难的战斗，因为一旦这些东西进入生产，它很难撤消，“Engelward说。

研究人员专注于五种类型的工程纳米颗粒 - 银，氧化锌，氧化铁，氧化铈和二氧化硅（也称为非晶二氧化硅） - 这是在工业上使用的。这些纳米材料中的一些可以产生可自由基，称为反应性氧物质，其可以改变DNA。一旦这些颗粒进入身体，它们可能会在组织中积聚，导致更多的损坏。

“对这些材料可能拥有的毒性或危害来监测和评估毒性至关重要。这些材料的多种变化在不同的尺寸和形状，它们被纳入了这么多的产品，“HSPH和纸张的牵头作者的博士后，Christa Watson说。“该毒理学筛查平台为我们提供了一种标准化的方法，用于评估目前正在开发和使用的工程化纳米材料。”

研究人员希望，这种筛查技术也可用于帮助设计更安全的纳米颗粒形式;他们已经与工业合作伙伴合作到工程师更安全的紫外线阻断纳米粒子。Demokritou的实验室最近显示氧化锌颗粒与无定形二氧化硅的纳米素层可以降低颗粒损伤DNA的能力。

快速分析

到目前为止，大多数对纳米粒子毒性的研究都集中在暴露后的细胞存活。很少有遗传毒性，或损伤DNA的能力 - 一种可能不一定杀死细胞的现象，但如果没有修复损坏，可能导致癌变的突变。

研究细胞DNA损伤的常见方法是所谓的“彗星测定”，以试验期间的彗星形涂片命名为彗星形状。该方法基于凝胶电泳，一种测试，其中将电场施加到放置在基质中的DNA，迫使DNA穿过凝胶。在电泳期间，受损的DNA行进比未遭受的DNA更远，产生彗星尾部。

测量DNA旅行的速度有多远显示出现了多少DNA损伤。这个程序非常敏感，但也非常乏味。

2010年，Engelward和MIT Sangeeta Bhatia教授开发了一种更快速的彗星测定版本，称为可梳状潮。使用微型制作技术，单细胞可以捕获在基质内的微孔中。这种方法使得在过去的时间内可以处理多达1,000个样本，只需使用30个样本 - 允许研究人员一次测试数十种实验条件，这可以使用成像软件进行分析。

Wolfgang Kreyling，德国环境卫生研究中心的流行病学家，没有参与该研究，他应该帮助毒理学家赶上工程纳米粒子（ENP）的快速部署速率。

“迫切需要”高吞吐量筛选平台“，”Kreyling说。“拟议的方法不仅是纳米毒理学家开发高通量筛查策略的重要工具，用于评估与恩斯有关的可能的不利健康影响，也非常重要，也非常重视努力开发新的恩斯和更安全的 - 设计方法。“

使用Cometchip，MIT和HSPH研究人员对常用于毒性研究的两种细胞的纳米颗粒的影响：一种称为淋巴细胞的人血细胞，以及一种叫做淋巴细胞的血液细胞，以及中国仓鼠卵巢细胞的永生化线。

氧化锌和银在两种细胞系中产生了最大的DNA损伤。浓度为10微克/毫升的微量胰腺炎 - 一种不足以杀死所有细胞的剂量 - 这些产生大量单链DNA断裂。

二氧化硅，常见于食品和药物生产过程中，产生的DNA损伤水平非常低。氧化铁和氧化铈也显示出低遗传毒性。

多少是太多了？

研究人员说，需要更多的研究来确定金属氧化物纳米颗粒的暴露可能是不安全的。

“我们所拥有的最大挑战是涉及曝光生物学的人决定何时何时何时何时何时基于剂量水平。在低水平，可能这些东西很好，“Engelward说。“问题是：它在什么级别产生问题，我们注意到需要多长时间？“

研究人员表示，最令人担忧的领域最令人担忧的领域之一是纳米颗粒。儿童和胎儿也可能更有风险，因为它们的细胞更常见，使它们更容易受到DNA损伤。

工程纳米粒子追随到身体中最常见的路线是通过皮肤，肺和胃，因此研究人员正在研究这些细胞类型的纳米粒子遗传毒性。它们还研究了其他工程化纳米颗粒的影响，包括在打印机和复印机调色剂中使用的金属氧化物，这可能变得空气传播并进入肺部。

该研究由MIT的环境卫生中心，国家环境保健研究所，国家科学基金会和国家卫生研究院提供资金。该研究的其他作者是麻省理工学院博士，哈佛研究生Joel Cohen，以及哈佛博士乔治斯浴缸。

出版物：Christa Watson等，“用于工程纳米粒子介导的遗传毒性的高通量筛选平台使用比赛技术，ACS Nano，2014,8（3），PP 2118-2133; DOI：10.1021 / NN404871P.

图像：克里斯汀·丹尼尔洛夫（Christine Daniloff）