金属纳米材料因其独特和多功能的性能已成为工业和医疗领域不可或缺的一部分。它们的尺寸赋予它们所需的理化特性，也是环境和健康问题的原因。纳米材料中的纳米尺寸颗粒对生物分子表现出高反应性，甚至对生物细胞表现出毒性。

科学家将金属纳米粒子与生物分子相互作用的这种行为归因于炎症或氧化应激等现象。然而，为了确保金属纳米颗粒的安全使用，需要探索导致毒性的分子机制，并了解细胞对纳米颗粒的吸收如何根据其形状、尺寸、形态和其他方面的变化而变化。

为了阐明这个问题，千叶大学药学研究生院的助理教授Yu-kiTanaka和YasumitsuOgra教授现在根据二氧化硅纳米粒子(SiNP)的大小估算了细胞摄入二氧化硅纳米颗粒(SiNP)的量。

在毒理学档案最近发表的突破性成果中，研究人员开发了一种AF4-ICP-MS(非对称流场流分离与电感耦合等离子体质谱法)系统，该系统分离了五种不同尺寸(10、30、50、70、和100nm)，并能够定量评估SiNP在HepG2细胞中的细胞毒性。

“SiNPs在药物输送、生物医学成像、催化剂以及去除水和土壤污染物的环境修复等各个领域获得了发展势头。然而，人们也对其环境毒性和对生物体的潜在影响感到非常担忧。”当被问及这项研究背后的动机时，田中博士说道。

“因此，为了找到平衡工业可用性和毒性之间的补救措施，我们决定开发一种技术，通过结合细胞摄取和毒理学反应的定量数据来了解SiNP的潜在不利影响。”

电子显微镜和基于激光的动态光散射等尺寸分析技术无法观察深层纳米粒子样本并阐明纳米粒子的化学成分。为了解决这些问题，该团队采用了新的AF4-ICP-MS尺寸分析技术，该技术不仅克服了这些问题，而且还可以检测尺寸低至10nm的纳米颗粒。这对于传统的ICP-MS方法来说是不可能的。

该团队使用基于AF4的方法来评估实验室培养的人肝癌HepG2细胞中SiNP的细胞摄取情况。测量结果表明，暴露于HepG2细胞的SiNP中约有17%被吸收。研究小组进行的透射电子显微镜(TEM)观察到细胞内存在SiNP聚集体，表明小纳米颗粒能够在培养基中沉淀并轻松进入细胞。

“我们发现较小的SiNP对HepG2细胞表现出比较大的SiNP更高的毒性，但AF4-ICP-MS分析发现细胞吸收的颗粒体积没有显着的尺寸依赖性差异，”Tanaka博士强调道。毒性实验的结果。这些结果表明，与较大的SiNP相比，小SiNP的细胞毒性行为增强的根源在于相对于颗粒体积而言表面积较大。

研究人员还研究了与细胞毒性相关的化学机制。数据表明，细胞坏死部分与活性氧(ROS)产生引起的氧化应激有关。此外，SiNP表面的硅烷醇基团与细胞膜中的磷脂的相互作用也是造成相关细胞损伤的原因。

总体而言，结果表明新的AF4-ICP-MS技术是定量测定不同尺寸金属纳米颗粒诱导的细胞毒性的强大工具。这项研究的见解也为未来评估纳米颗粒暴露风险及其对人体潜在负担的研究奠定了坚实的基础。

“我们的研究目的是提出一种简便的分析技术，有助于最大限度地减少纳米颗粒对健康的潜在损害。我们希望我们的研究提供的毒理学信息将有助于建立正确使用和监管纳米颗粒的标准在工业、医疗领域，甚至在含有纳米粒子的日常用品中，”Tanaka博士总结道。

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