【摘要】：誕生于二十世紀(jì)八十年代的納米技術(shù)，在本世紀(jì)初的前十年呈現(xiàn)出驚人的發(fā)展態(tài)勢并廣泛而深刻地改變著人類改造物質(zhì)世界的能力。如今納米技術(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣，人類主動或者被動接觸納米材料的機(jī)會越來越多，因此可以預(yù)見在不久的將來納米材料極有可能全面介入人類賴以生存的狹小空間。在納米尺度下，由于量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、表面吸附等原因，物質(zhì)會表現(xiàn)出既不同于其分子形式，也不同于其宏觀形式的物化性質(zhì)。同時納米尺度又是生命活動的最小尺度，幾乎所有生物大分子皆處在這樣一個尺度空間內(nèi)。因而納米材料在生物有機(jī)體中可表現(xiàn)出許多特殊的生物學(xué)活性，對生物有機(jī)體的功能產(chǎn)生各種未知的影響。所以納米材料對人類健康和生態(tài)環(huán)境的潛在危害，引起了世界各國的高度關(guān)注。在這樣一個學(xué)術(shù)背景下應(yīng)運而生的納米毒理學(xué)，既是納米技術(shù)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，又是現(xiàn)代毒理學(xué)認(rèn)識毒性本質(zhì)的前沿領(lǐng)域，成為近年來最為活躍的學(xué)術(shù)研究熱點學(xué)科之一。 碳納米管(carbon nanotubes, CNTs)是一種層狀中空結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)一維碳納米材料。由于具有優(yōu)越的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能，CNTs已經(jīng)成功地應(yīng)用于塑料、電池電極、凈化水系統(tǒng)、粘合劑等諸多領(lǐng)域。目前，CNTs在藥物傳遞、腫瘤熱治療以及生物醫(yī)用材料等領(lǐng)域也表現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景，因此開展相關(guān)的生物安全評價意義重大�；谝延械恼J(rèn)識，CNTs可通過受體介導(dǎo)內(nèi)吞的方式進(jìn)入細(xì)胞并激活NF-κB信號通路引起細(xì)胞的氧化應(yīng)激，還能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡、細(xì)胞增殖抑制以及DNA損傷。在體內(nèi)CNTs能夠引起肺部組織的炎癥反應(yīng)和肉芽腫，還會誘發(fā)基于線粒體內(nèi)環(huán)境紊亂的內(nèi)皮功能障礙，影響心血管系統(tǒng)的正常功能。此一前，CNTs的毒理學(xué)研究主要集中在其對呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)的影響兩個方面，而對其他生理系統(tǒng)可能存在的影響卻鮮見報道。 自上世紀(jì)六十年代以來，由于受到工業(yè)污染等多方面因素的影響，人類生殖狀況呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢。據(jù)不完全統(tǒng)計目前全世界約有八千萬對夫婦存在不同程度的生育障礙，這一數(shù)據(jù)在我國也有近兩千萬之巨。在不久的將來，生殖疾病將很有可能成為繼心腦血管疾病和惡性腫瘤之后的第三大社會頑疾。目前已知的對人類生殖健康產(chǎn)生危害的物質(zhì)主要包括部分有機(jī)金屬化合物、重金屬、氮氧化物自由基和部分藥物，而農(nóng)藥等物質(zhì)的大規(guī)模使用與人類生殖力的下降在時間上存在高度的相關(guān)性。隨著化學(xué)和材料科學(xué)的飛速發(fā)展，大量新材料，特別是納米材料正逐漸進(jìn)入人們的日常生活。盡管已有少量關(guān)于納米材料生殖毒性的研究報道，但這些文章普遍缺乏系統(tǒng)性，而且尚無一篇文章是以CNTs作為研究對象的。 鑒于目前納米材料在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生物醫(yī)藥領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用以及納米毒理學(xué)研究在生殖毒性方面的諸多未知，本論文選取羧基化多壁碳納米管(MWCNT-COOH)和氨基化多壁碳納米管(MWCNT-NH2)作為研究對象，以成年雄性小鼠、雌性小鼠和哺乳期母鼠作為評價模型，在國際上首次系統(tǒng)地研究了基于生物醫(yī)藥應(yīng)用的功能化多壁碳納米管的雄性生殖毒性、雌性生殖毒性和哺乳期用藥安全性。所獲研究發(fā)現(xiàn)在拓寬納米毒理學(xué)認(rèn)識的同時，，為納米材料的安全應(yīng)用提供了重要的實驗參考。 本文的第一部分首先討論了CNTs對成年雄性小鼠生殖系統(tǒng)的影響。雄性生殖毒理學(xué)的研究表明，造成雄性生殖障礙的主要元兇是機(jī)體生殖系統(tǒng)內(nèi)過高水平的活性氧族(ROS)，此外下丘腦-垂體-睪丸性腺軸損傷造成的生殖內(nèi)分泌紊亂也會嚴(yán)重影響雄性生殖系統(tǒng)的健康�；谏鲜龆拘援a(chǎn)生的機(jī)制，我們以外源性物質(zhì)毒性效應(yīng)發(fā)生的主要環(huán)節(jié)為實驗主線，系統(tǒng)地研究了不同劑量靜脈注射MWCNT-COOH和MWCNT-NH2后雄鼠翠丸器官內(nèi)的CNTs分布、睪丸組織不同時間的氧化應(yīng)激和脂質(zhì)過氧化程度、血漿中三類重要生殖激素(LH, FSH, Testosterone)水平、睪丸器官不同時間的病理學(xué)變化與臟器系數(shù)、成熟精子數(shù)量/質(zhì)量狀況以及基于雄性因素的生育能力。我們發(fā)現(xiàn)一次靜脈注射64Cu標(biāo)記的MWCNT-COOH會在24小時內(nèi)呈現(xiàn)遞增趨勢地分布到小鼠的睪丸器官中。一次注射CNTs沒有引起睪丸組織中脂質(zhì)過氧化重要標(biāo)志分子丙二醛(MDA)的升高，而五次注射MWCNT-COOH在15天時引起了睪丸組織MDA水平的輕微升高，說明在重復(fù)暴露條件下MWCNT-COOH造成了睪丸組織一定程度的氧化應(yīng)激和脂質(zhì)過氧化。這種變化在60天以及90天組的雄鼠中又回歸正常。同樣睪丸組織病理學(xué)也呈現(xiàn)出類似的變化，即單次暴露CNTs的小鼠睪丸組織結(jié)構(gòu)正常；而在15天時，五次注射組的雄鼠睪丸中發(fā)現(xiàn)了部分結(jié)構(gòu)受損的曲細(xì)精管，生精上皮的厚度略有降低以及部分精原細(xì)胞數(shù)量的減少。病理學(xué)觀察還發(fā)現(xiàn)在基底膜處的支持細(xì)胞出現(xiàn)部分消失和空泡化并伴有某些局部血管的擴(kuò)張和充血。類似的情況也同樣發(fā)生在MWCNT-NH2組的小鼠睪丸中，但是受損程度要低于MWCNT-COOH組。而在60天以及90天組，這種睪丸病變基本消失至消失，這意味著小鼠的睪丸具有某種自我修復(fù)的能力。血漿中三類生殖激素水平較對照組并未發(fā)生改變，說明在受試條件下雄鼠的生殖內(nèi)分泌系統(tǒng)沒有受到CNTs的干擾。最后我們對其生殖毒性的可能后果進(jìn)行了評價。結(jié)果表明盡管CNTs在睪丸中造成了輕微的脂質(zhì)過氧化和組織學(xué)病理改變，但鑒于這種改變的程度很小，又受到小鼠自身生殖力強和自我修復(fù)等機(jī)制的共同作用，暴露CNTs受試雄鼠的精子數(shù)量/質(zhì)量和生殖力均未受到影響。 納米材料的雌性生殖毒性研究同樣需要引起關(guān)注。有證據(jù)表明納米材料可以引起卵巢顆粒細(xì)胞在體外的凋亡以及雌激素產(chǎn)生的紊亂。然而對于納米材料體內(nèi)雌性生殖安全的評價卻缺乏必要的認(rèn)識。在本文的第二部分，我們根據(jù)雌性生殖毒性產(chǎn)生的主要途徑，選取在雌性生殖毒理學(xué)研究中極具代表性的評價指標(biāo)——動情周期和卵巢病理研究了靜脈注射和腹腔注射兩種暴露途經(jīng)下MWCNT-COOH對小鼠雌性生殖系統(tǒng)的影響。在研究中我們發(fā)現(xiàn)一次靜脈注射64Cu標(biāo)記的MWCNT-COOH后10分鐘即檢測到CNTs在卵巢中的存在，然而在隨后的24小時內(nèi)，CNTs在卵巢中的分布量呈現(xiàn)出遞減的趨勢，說明在卵巢中存在某種能夠快速將碳管排出的機(jī)制，這與其在睪丸中的轉(zhuǎn)運趨勢不同。動情周期檢測結(jié)果表明靜脈和腹腔注射MWCNT-COOH在受試條件下并沒有改變雌鼠動情周期的正常節(jié)律，說明CNTs并未造成雌性生殖內(nèi)分泌的紊亂。同時兩個實驗組雌鼠卵巢組織原始卵泡、生長卵泡以及成熟卵泡和黃體均未發(fā)生明顯的缺失或結(jié)構(gòu)的異常。動情周期檢測與卵巢病理的分析結(jié)果提示我們CNTs在小鼠中具有良好的雌性生殖安全。 哺乳期是哺乳動物生殖和胚胎發(fā)育的重要延續(xù)。鑒于母乳對嬰兒生長發(fā)育的重要性、女(雌)性喃乳期生理狀況的特殊性以及哺乳期用藥安全的易感性，很有必要對納米材料哺乳期暴露的安全性問題進(jìn)行評價研究。有證據(jù)表明，靜脈注射的富勒烯納米顆粒能夠通過乳汁傳遞給仔鼠。然而該研究的目的是為討論納米材料的排出途徑，迄今為止人們尚不清楚納米材料的哺乳期安全性。在本文的第三部分,我們著重研究了MWCNT-COOH尾靜脈注射暴露給哺乳期母鼠后CNTs對哺乳期母鼠健康的影響。由于技術(shù)所限,我們并未對MWCNT-COOH靜脈暴露后是否能通過乳汁傳遞給仔鼠進(jìn)行研究。因此也就無法討論CNTs是否會直接進(jìn)入仔鼠體內(nèi)進(jìn)而對仔鼠的早期發(fā)育產(chǎn)生影響。然而通過比較哺乳期母鼠與非哺乳期雌鼠對MWCNT-COOH尾靜脈注射的承受能力和毒性作用,我們發(fā)現(xiàn)盡管MWCNT-COOH沒有對哺乳期乳腺造成病理學(xué)改變,但哺乳期母鼠卻明顯表現(xiàn)出較非哺乳期雌鼠更大的暴露后刺激反應(yīng),且具有更高的死亡幾率。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)MWCNT-COOH靜脈暴露能夠增加哺乳期母鼠心臟血栓形成的幾率。盡管具體的機(jī)制尚不清楚,但是基于已有的結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)CNTs靜脈注射對哺乳期母鼠具有較大的引起心臟毒性的風(fēng)險,并首次提出CNTs具有一定基于特殊生理時期的危險性。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TB383.1;X503.22

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 魏麗萍;三種納米材料體外雌性生殖毒性及其特點的研究[D];第二軍醫(yī)大學(xué);2013年

2 劉旭東;單壁碳納米管對昆明小鼠認(rèn)知能力以及自主移動能力的影響[D];華中師范大學(xué);2014年

本文編號：2702550