纳米材料进军医学领域？斑马鱼帮你把关

摘要：纳米金刚石（ND）因其物理化学特性和生物相容性已被提议应用于各种生物医学，包括生物成像，生物传感和药物输送等。除细胞模型外，如何具有成本效益的同时开展动物实验是关键，而用于体内毒理学测试且快速、灵敏、可重复的斑马鱼胚胎模型则是首选。
 

 

随着材料的发展和纳米技术的进步，医学领域也逐渐进入了纳米世界。在所有最近开发的纳米材料中，纳米金刚石（ND）因为极好的物理和化学性质成为碳族一类的新型纳米材料。

 

此外其低细胞毒性和高表面可修饰性是其成为用于生物和医学的优良选择。值得一提的是，研究表明 ND 可以在多个细胞模型中作为荧光标记和拉曼检测标记。通过不同的表面修饰来改变 ND 的表面特性，能使其与生物靶点相互作用成为可能。
 

 

 

其毒性和生物相容性是 ND 能否应用于生命科学的关键问题。先前将 ND 在人肺癌细胞等细胞模型中测试，再在多种细胞系中测试了各种不同尺寸和性质的纳米金刚石，都证明其具有低毒性。除细胞外，还有在微生物内进行了研究，发现 ND 进入食品泡后又被微生物排出了体外，并不会影响微生物的生活功能

 

尽管做过此类实验，但是微生物和细胞并不能代表更复杂的生物有机体。ND 的生物安全性不仅应在动物体内更应该在临床上被证明，像吸收、溶解度、代谢稳定性和毒性问题都是非常重要的。这时，一个能领先一步评估 ND 毒性的动物模型是必需的，但是哺乳动物不适合用于高通量筛选，不仅因为其高成本，更需要特定的动物设施以及相应的技术支持。

 

 

斑马鱼是一种理想的小型动物模型，因其高繁殖力和低养殖要求已逐渐普及为研究遗传与发育生物学的筛选工具。而且尽管是脊椎动物模型，但可以用 96 孔板进行试验，因此其维护成本仅是小鼠小于 1％ 且易于实验室管理。此外，大量的斑马鱼癌症模型和转基因品系已被开发，斑马鱼幼鱼可用于研究肿瘤细胞异种移植行为和环境污染物监测。因为身体的透明性，可直接在显微镜下观察内脏的发育，表型十分明显。

 

这项工作的目的是探讨不同的物理化学性质的 ND 在斑马鱼胚胎模型上的毒性作用，并以此开发毒性估计方法/标准。我们评估了胚胎发育毒性以及受精后 4-120 h（HPF）的持续影响，包括胚胎死亡率，孵化率，畸形率等。以胚胎毒性和幼鱼行为学作为指标，对纳米金刚石在生物医学应用的安全性评价作更全面的研究。

 

 

张英鸽团队与杭州环特生物科技股份有限公司的李春启团队合作，以纳米活性炭作为 PM2.5 材料，在国际上首先发现，进入斑马鱼和大鼠体内的纳米活性炭颗粒能通过肠道的杯状细胞分泌而排泄，这一新颖的纳米排泄途径被命名为肠杯状细胞分泌通路（IGCSP）（Zhao B, et al., 2013）。通过此途径还能对纳米材料的体内代谢进行研究，使方案更合理。

 

 

原文来源：J. Biophotonics 1–10 (2016) / DOI 10.1002/jbio.201500304