外用納米產(chǎn)品安全性的研究進展

朱羞陽，趙曉英，王超君，陸艷飛，楊棟（.空軍杭州航空醫(yī)學鑒定訓練中心，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)導致了異常的吸附能力和化學反應(yīng)能力。納米材料由于易擴散和高滲透性等獨特的理化性質(zhì)被人們廣泛應(yīng)用。但是隨著生物毒理學的發(fā)展，越來越多的研究指出納米材料對人體和生態(tài)環(huán)境可能具有潛在的危害。2007年7月，美國FDA發(fā)布首份納米技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品監(jiān)管調(diào)查報告，要求制訂針對納米產(chǎn)品的科學監(jiān)管方法。2012年9月原國家食品藥品監(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，全面評價其安全性。

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，對其安全性評價方法、指標及結(jié)果進行綜述。

1 安全性評價方法

目前對納米材料外用安全性的評價方法主要包括：體外細胞毒性檢測、動物毒性檢測、人體皮膚替代物評價等。

1.1 體外細胞毒性檢測

納米材料毒性通常源于細胞攝取，細胞學檢測是目前毒性評價的主要方法。主要采用的細胞類型為吞噬細胞、神經(jīng)細胞、肝細胞、上皮細胞、內(nèi)皮細胞、紅細胞和各種癌細胞，其中吞噬細胞是評價納米材料毒性的主要細胞模型。細胞檢測的主要指標有活性氧（ROS）生成、細胞活力、細胞應(yīng)激、細胞形態(tài)和細胞的粒子攝取5個方面[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，納米二氧化硅進入細胞時，對細胞膜產(chǎn)生損傷，影響內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，導致細胞凋亡。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，納米二氧化硅對肺細胞、表皮細胞、肝細胞等均有毒性[2-3]。

1.2 動物毒性檢測

動物毒性檢測包括皮膚急性毒性試驗、皮膚過敏性試驗和皮膚刺激性試驗等[4]。目前過敏性試驗多采用豚鼠最大化試驗和局部涂皮Buehler試驗。廣泛采用的哺乳動物模型有SD大鼠、♂C57BL/6N小鼠、C57BL/6小鼠；非哺乳動物模型有斑馬魚、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 人體皮膚替代物評價

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

1.4 其他

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

2 安全性評價指標

2.1 刺激性

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，納米顆粒對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，可能會出現(xiàn)毒理性，但不能透過皮膚的角質(zhì)層達到更深層[12]。如果皮膚有損傷，納米顆粒則易通過皮膚遷移進入真皮，被淋巴細胞吸收或被巨噬細胞攝取，部分也可通過血液循環(huán)產(chǎn)生后續(xù)反應(yīng)[13]。

2.2 細胞毒性

納米材料通過體液輸送和血液循環(huán)，與細胞表面的載體通道、各種受體結(jié)合，使蛋白質(zhì)變性、細胞功能受阻，誘導細胞凋亡，誘發(fā)炎癥反應(yīng)。另外，納米顆粒與蛋白質(zhì)、細菌和病毒等相互作用，可能會引發(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，降低細胞的生長速度；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

納米材料吸附在細胞表面后，通過生物膜上的空隙進入細胞內(nèi)或細胞內(nèi)的細胞器，進而與生物大分子發(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胚胎早期的組織分化產(chǎn)生不良影響，導致胎兒畸形[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)鼻黏膜吸收并進入腦組織，對腦中神經(jīng)遞質(zhì)的代謝產(chǎn)生影響[11]。

3 部分納米產(chǎn)品外用安全性評價結(jié)果

據(jù)美國Project on Emerging Nanotechnologies網(wǎng)站統(tǒng)計，截至2011年3月，全球規(guī)范的納米產(chǎn)品已達1 317種。其中，營養(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胞膜變性失活而達到殺菌效果，具有廣譜殺菌的特點，常用于治療燒傷燙傷、褥瘡、創(chuàng)面感染等[14]。但納米銀敷貼對皮膚角化細胞和成纖維細胞有毒性[13]。如果皮膚有損傷，納米顆粒更易透過皮膚進入血液，蓄積在體內(nèi)引起肝腎損傷[13]。細胞毒性試驗發(fā)現(xiàn)，納米銀對人皮膚癌細胞、人皮膚全層細胞、人宮頸癌細胞和人表皮角質(zhì)細胞等均有毒性[5]。這可能與納米銀沉積于線粒體，產(chǎn)生大量活性氧，誘導產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，引起細胞凋亡和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經(jīng)毛孔進入人造皮膚，且進入量受鍍銀量、pH和汗液成分等影響。長期接觸納米材料將導致體內(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。對豬皮進行研究發(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到其存在，表明納米二氧化鈦并未透過皮膚屏障進入機體。

3.3 納米氧化鋅

納米氧化鋅可大大延長橡膠鞋、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。體外模擬試驗發(fā)現(xiàn)，少量納米氧化鋅顆粒不會透過皮膚損害機體[13，19]，但在質(zhì)量濃度為10μg/ml以上時會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)，納米鐵進入細胞后，可造成超氧化物歧化酶（SOD）活性下降，引起細胞氧化損傷，導致細胞受損和凋亡。

4 結(jié)語

安全性評價的難度在于影響評價的因素太多，除納米材料自身的尺寸、結(jié)構(gòu)等理化性質(zhì)外[21]，實驗條件和實驗動物的差異都會對納米材料所表現(xiàn)出的生物學效應(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價。廣大學者仍需進一步加強皮膚用藥的安全性評價，完善系統(tǒng)評價方法和標準。

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