三种纳米与常规尺度材料对体外小鼠胚胎生长发育影响的比较研究

摘要

纳米物质的安全性是当前毒理学新的热点研究领域。发育毒性是毒理学安全性评价的重要内容之一。纳米材料与化学成分相同的常规尺度材料相比发育毒作用特征有什么不同，用现行的发育毒理学安全性评价方法是否适合评价纳米材料的发育毒性是亟待回答的问题。本研究选择不同尺度的三种纳米氧化物(Nano-TiO2, Nano-SiO2, Nano-ZnO)与化学成分相同的常规尺度材料作为受试物，通过比较研究从胚胎的生长发育以及组织器官形态分化等角度揭示纳米氧化物的胚胎发育毒性和特点，目的是为正确评价纳米材料的发育毒性积累资料、提供依据。
　　 方法：孕8.5d的ICR小鼠脱颈处死，分离胚胎，采用全胚胎培养（whole embryoculture,WEC）方法，分别进行:①三种纳米尺度Nano-TiO2（5-10nm，60nm，90nm）和常规尺度TiO2在0.0, 50.0, 100.0, 200.0μg/ml 剂量下对小鼠体外胚胎的生长发育影响的比较；②四种纳米尺度Nano-SiO2（15nm，30nm，50nm，100nm）和常规尺度SiO2在0.0,50.0, 100.0, 200.0μg/ml 剂量下对小鼠体外胚胎的生长发育影响的比较；③ 三种纳米尺度Nano-ZnO （30nm，50nm，100nm）和常规尺度ZnO在0.0, 25.0, 50.0, 100.0μg/ml 剂量下对小鼠体外胚胎的生长发育影响的比较。
　　 结果：1.常规尺度TiO2在本试验条件下未观察到明显的发育毒性；纳米TiO2剂量达到100--200.0μg/ml时，可在镜下观察到卵黄囊表面有纳米颗粒的散在分布，而常规TiO2未观察到此现象。三种不同尺度的Nano-TiO2对小鼠胚胎均具有胚胎毒性和致畸性，表现为卵黄囊和胚胎发育迟缓、组织器官形态分化评分降低，胚胎形态异常（神经管闭合不全、体位翻转不全、体节紊乱、中后脑未发育、脑积水、无后肢芽等），从对发育影响的敏感性来看，以神经系统的形态分化最敏感，在50.0μg/ml下就可受到影响。随着剂量的增加，受影响的器官和组织增加、对发育影响的程度加重，在100.0μg/ml 以上剂量时可导致小鼠胚胎形态异常，在200.0μg/ml 剂量时还可引起胚胎死亡。在200.0μg/ml 剂量时对作用不同时间的结果显示，随着作用时间的增加，对胚胎生长发育的影响加重。不同尺度的纳米TiO 2对胚胎的生长发育有差异，对胚胎发育毒性的严重程度从高到低依次为5-10nmTiO2>60nmTiO2>90nmTiO2。2.常规尺度SiO2未观察到明显发育毒性。不同纳米尺度的SiO2中，在100.0μg/ml 剂量以上均能导致小鼠卵黄囊直径、颅臀长、头长和体节数等指标和组织器官形态分化指标的评分降低，而且50nmSiO2在100μg/ml 以上剂量组和15、30、100nmTiO2在200.0μg/ml剂量组均具有致畸性，胚胎形态异常器官广泛；剂量达到200.0μg/ml 50nm SiO2可导致个别胚胎死亡。同一尺度随着剂量的增加或同一剂量随着作用时间的增加，受影响的器官和组织增多、对发育影响的程度加重。不同尺度的Nano-SiO2中50nm SiO2相对于15、30、100nm SiO2对胚胎生长发育的损害情况严重，且随着剂量的增加表现更明显；100nmSiO2的毒性相对最低。3. 常规ZnO 未观察到明显的发育毒性。三种不同尺度纳米ZnO在50.0μg/ml 剂量以上均能导致小鼠卵黄囊直径、颅臀长、头长和体节数等生长发育和组织器官形态分化指标的评分降低，而且30、50nmZnO在50.0μg/ml 以上剂量组和100nmZnO在100.0μg/ml 剂量组均具有致畸性和致死性。同一尺度随着剂量的增加或同一剂量随着作用时间的增加，受影响的器官和组织增加、对发育影响的程度加重。30nmZnO 相对于50、100nm ZnO在较低剂量（25.0μg/ml）下对胚胎生长发育就可观察到损害情况，且随着剂量的增加30nmZnO对体外小鼠胚胎生长发育较其它两种尺度更为严重，胚胎的死亡率明显高于另外两种尺度，三种尺度的纳米ZnO对器官分化的影响和胚胎的死亡率的严重程度从高到低依次为为30nmZnO>50nmZnO>100nmZnO。
　　 结论：1.三种纳米和相应常规尺度材料在对体外小鼠胚胎发育毒作用的性质上存在明显差异。Nano-TiO2、Nano-SiO2和Nano-ZnO对ICR小鼠胚胎均有明显的发育毒性，而相应的三种常规尺度材料在同样剂量下均无明显的发育毒性。2.三种纳米氧化物(Nano-TiO2, Nano-SiO2, Nano-ZnO)几种不同尺度材料对体外小鼠胚胎发育毒作用的特征是，三种纳米尺度材料都具有胚胎毒性和致畸性；均随着剂量和暴露时间增加，受影响组织器官增多、影响程度加重甚至胚胎死亡，呈现明显的剂量--效应关系和时间--效应关系；三种纳米尺度材料对组织器官的影响广泛，未观察到明显特异的靶器官；在对胚胎发育有影响的剂量时对卵黄囊发育也有影响；三种纳米材料中以Nano-ZnO的毒性较大，30nano-ZnO在25.0μg/ml、50和100nano-ZnO在50.0μg/ml 就有明显的发育毒性, 而不同尺度的Nano-TiO2、Nano-SiO2在100.0μg/ml 以上剂量才呈现发育毒性。 3.不同尺度的纳米氧化物对小鼠胚胎发育毒性的大小有差异。Nano-TiO2和Nano-ZnO 随着纳米尺度的变小，对体外培养小鼠胚胎的生长发育及组织器官分化的影响加重，有较明显的尺度效应。而Nano-SiO2无明显的尺度效应，15、30、50、100nm中以50nm SiO2的毒性最大。

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文摘

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论文说明：缩略语表

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前 言

第一部分 三种纳米尺度TiO2 与常规尺度TiO2对体外小鼠胚胎生长发育的比较

第二部分 四种纳米尺度SiO2 与常规尺度SiO2对体外小鼠胚胎生长发育的比较

第三部分 三种纳米尺度ZnO 与常规尺度ZnO对体外小鼠胚胎生长发育的比较

全文总结

参考文献

致 谢

综 述 纳米材料生殖发育毒性的研究现状