纳米材料如何从体内代谢与清除

纳米材料如何从体内代谢和清除,如体内循环和器官清除,是纳米材料生物医学应用、特别是纳米材料的健康安全性效应中最重要的基础科学问题。尤其重要的是,纳米材料的血液循环特征和器官清除模式决定了其在体内的生物活性与生物毒性之间微妙的平衡关系。纳米材料既不同于宏观体相材料,又不同于微观原子、分子团簇,是一种介于宏观固体和分子间的亚稳中间态物质,在物理性质上既具有固体材料的特点又具有分子的流动性。纳米材料可以通过呼吸暴露、环境摄入(如饮水)、生物医学应用以及消化道吸收、皮肤暴露等多种方式进入人体,然后通过血液循环进入各组织器官。纳米材料的物理化学特性,如尺寸、形状、表面电荷、表面化学功能团和比表面积等对纳米材料的体内循环、以及在组织器官中的清除具有重要影响。

中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室的丰伟悦、张智勇、赵宇亮等人,在该实验室过去10年关于纳米材料在体内的代谢,尤其是血液循环和器官清除相关的系列研究工作进的基础上,应邀为美国化学会的Acc Chem Res撰写了纳米材料的体内代谢与清除特征的综述论文。重点讨论了影响纳米材料在血液系统中循环的物理化学因素、以及组织器官结构特征对纳米材料尺寸的选择性,生理因素和纳米特性对纳米材料在肺脏、肝脏和肾脏中的蓄积和清除模式的影响。论文重点探索了纳米材料与生物微环境界面的生物、物理和化学的相互作用,如团聚、相转化、溶解和蛋白吸附等对其在血液循环和组织器官清除的影响。

由于纳米材料在生物体内处于时空动态变化过程,发展和建立原位、实时和定量表征生物体内纳米材料的方法,建立适当的、以生理学为基础的药代动力学(PBPK)和定量构效关系(QSAR)模型预测纳米材料的体内生物学行为,将是下一步生物体内的纳米材料代谢研究工作的重点。并据此设计、调控纳米材料在体内的传输、生物靶向性。可以更好地提高医用纳米材料在生物体内的生物有效性并同时降低毒性的双重目标。

该成果发表在美国化学会best online casino Nanomaterials in vivo: Blood Circulation and Organ Clearance” href=”http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar2003336″ target=”_blank”>Acc Chem Res, 2013, 46 761–769上。

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