納米銀體內(nèi)外動(dòng)力學(xué)研究及生理毒物動(dòng)力學(xué)模型(PBTK)構(gòu)建.pdf

1、在納米科技迅猛發(fā)展的21世紀(jì)，各種各樣的納米材料相關(guān)產(chǎn)品出現(xiàn)在我們的日常生活中。由于納米銀的特殊理化性質(zhì)以及生物學(xué)效應(yīng)，尤其是良好的廣譜抗菌性促進(jìn)了納米銀在醫(yī)藥生物領(lǐng)域的廣泛使用。隨著納米銀商品化程度的升高，人們暴露納米銀的途徑也變得多元化。目前，在納米銀的生物效應(yīng)與毒性評(píng)價(jià)方面進(jìn)行了大量的體外研究，對(duì)于納米銀的體內(nèi)研究還不夠豐富，因此進(jìn)一步的展開(kāi)納米銀的體內(nèi)生物效應(yīng)以及相關(guān)體內(nèi)動(dòng)力學(xué)相當(dāng)必要，為納米銀的安全性評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

2、　　進(jìn)行納米銀的生物安全性評(píng)價(jià)時(shí)需要有一種工具或方法來(lái)整合各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和信息，概括其中的規(guī)律，能更加科學(xué)合理的應(yīng)用納米銀的大量的體內(nèi)外研究數(shù)據(jù)。PBTK模型建立在生理學(xué)和解剖學(xué)基礎(chǔ)之上，以血流的傳送為動(dòng)力，反映毒物隨血流進(jìn)入各個(gè)臟器和組織，進(jìn)行代謝、轉(zhuǎn)化和排泄的過(guò)程。然后根據(jù)質(zhì)量平衡關(guān)系，對(duì)每一生理學(xué)室可建立一個(gè)微分方程描述化學(xué)物在室內(nèi)動(dòng)態(tài)變化，求解方程組可得到各組織或器官的毒物濃度與時(shí)間的關(guān)系?？梢愿玫拿枋龆疚镌隗w內(nèi)動(dòng)態(tài)變化的具體狀

3、況，從而預(yù)測(cè)靶組織中毒物的劑量。
　　本研究使用三種納米銀材料AgNPs-20，AgNPs-50（無(wú)包被20nm、50nm納米銀粉體，銀含量99.99％）和AgNPs-PVP（聚乙烯吡咯烷酮包被的20nm納米銀粉體，銀含量25％），考察納米銀在不同條件下的銀離子釋放情況。使用納米銀材料AgNPs-20（無(wú)包被20nm，銀含量99.99％）和AgNPs-PVP（聚乙烯吡咯烷酮包被的20nm納米銀粉體，銀含量25％），小鼠連續(xù)28d經(jīng)

4、口灌胃，研究納米銀對(duì)小鼠的亞急性毒性作用。在以上研究的基礎(chǔ)之上，通過(guò)文獻(xiàn)搜集整理小鼠的生理生化參數(shù)，使用MATLAB軟件求解各臟器的微分方程，最后用納米銀體內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證與優(yōu)化模型。
　　1、納米銀材料的表征和體外離子釋放研究:納米銀材料的表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三種納米銀材料均呈球形;AgNPs-PVP分散良好，無(wú)團(tuán)聚，平均粒徑為22.08±4.74nm，平均水合粒徑為64.27±21.42nm，實(shí)際銀含量25.48％;AgNPs-20和

5、AgNPs-50兩種納米銀有團(tuán)聚，平均粒徑分別為20.14±3.67nm和49.84±8.02nm，平均水合粒徑為542.73±64.83nm和912.34±76.25nm,實(shí)際銀含量分別為98.97％和99.53％。體外離子釋放研究發(fā)現(xiàn)，在不同pH（3.6、6.0和7.0）溶液中的銀離子釋放量與濃度和時(shí)間呈正相關(guān)，在細(xì)胞培養(yǎng)液中的銀離子釋放量與濃度呈正相關(guān)。同一濃度下，AgNPs-PVP的銀離子釋放量顯著高于無(wú)包被納米銀(P＜0.05

6、)，同時(shí)納米銀在純水中的銀離子比率要高于其他三種溶液。表明納米銀在溶液中的銀離子釋放受包被、濃度、pH以及時(shí)間的影響。
　　2、納米銀對(duì)小鼠亞急性毒性研究:小鼠經(jīng)口灌胃濃度為10mg/kg、50mg/kg、250mg/kg的AgNPs-PVP和AgNPs-20，1％的HPMC（羥丙基甲基纖維素）為陰性對(duì)照，5mg/kg的AgNO3為納米銀在體內(nèi)可能釋放銀離子的對(duì)照，每天一次，連續(xù)28d，后期觀察28d。①一般性指標(biāo)和臟器系數(shù)研究中

7、，與HPMC組比較，發(fā)現(xiàn)兩種納米銀高劑量組能引起小鼠精神不振和體重增長(zhǎng)緩慢，AgNO3和兩種納米銀對(duì)小鼠的肺臟、肝臟、腎臟、脾臟以及腦的臟器系數(shù)有不同程度的升高(P＜0.05)。②血清生化指標(biāo)研究中，觀察28d內(nèi)，與HPMC組比較，Ag-NPs-20和Ag-NPs-PVP高劑量組的TP、ALT和AST有不同程度的升高(P＜0.05)，其他指標(biāo)與HPMC組比較無(wú)顯著差異，推測(cè)兩種納米銀對(duì)小鼠肝臟有亞慢性毒性效應(yīng)。③組織病理學(xué)研究中，AgN

8、O3、Ag-NPs、Ag-NPs-PVP可以引起小鼠肺臟、肝臟、脾臟以及腎臟不同程度的病理改變，其中肺臟和肝臟的病理改變比較明顯，有輕微的炎癥反應(yīng)。隨著觀察時(shí)間的延長(zhǎng)病理改變減輕，說(shuō)明小鼠存在一定地自愈能力。
　　3、納米銀在小鼠體內(nèi)的生物分布及排泄研究:小鼠灌胃染毒28d后，按照設(shè)定時(shí)間點(diǎn)(1d、7d、14d、21d和28d)取血液、臟器、糞便和尿液并檢測(cè)其中的銀含量，血液、各臟器、糞便和尿液中的銀含量與劑量呈正相關(guān)，與時(shí)間呈負(fù)

9、相關(guān)。其中血液中銀含量在7d內(nèi)急劇下降，之后下降緩慢呈平穩(wěn)狀態(tài);臟器中銀含量最高的器官分別是肝臟和脾臟，并在腦中也檢測(cè)到一定量的銀。說(shuō)明納米銀可以經(jīng)胃腸道的吸收進(jìn)入血液，隨著血液分布到其他組織器官中，其中肝臟和脾臟是納米銀在小鼠體內(nèi)的主要儲(chǔ)存器官，而且納米銀能透過(guò)血腦屏障進(jìn)入腦組織中。糞便和尿液中銀含量檢測(cè)發(fā)現(xiàn)糞便中的銀含量約是尿液中銀含量的500倍，說(shuō)明糞便是小鼠排泄納米銀的主要途徑。
　　4、小鼠灌胃納米銀的PBTK模型的構(gòu)建

10、與驗(yàn)證:①根據(jù)納米銀在小鼠體內(nèi)的生理學(xué)過(guò)程作出合理的模型假設(shè);②在假設(shè)合理的基礎(chǔ)上，構(gòu)建經(jīng)口灌胃的PBTK模型框架;③通過(guò)閱讀文獻(xiàn)搜集模型中相關(guān)參數(shù)并構(gòu)建PBTK模型的微分方程;④使用ACSLX軟件對(duì)部分納米銀動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，再使用MATLAB軟件對(duì)微分方程求解獲得模型的擬合值;⑤通過(guò)SPSS19.0對(duì)擬合值和小鼠灌胃實(shí)驗(yàn)中的實(shí)測(cè)值進(jìn)行相關(guān)性分析，用獲得的Pearson相關(guān)系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)該模型的擬合效果。在擬合結(jié)果中顯示AgNPs-PV

11、P其中高劑量組肺臟臟的相關(guān)系數(shù)為0.7182，其余各劑量組的相關(guān)系數(shù)均在0.8以上，AgNPs-20高劑量組心臟的相關(guān)系數(shù)為0.6787，其余各劑量組的相關(guān)系數(shù)均在0.8以上，說(shuō)明該模型的擬合效果較好。
　　綜上所述，納米銀在溶液中可以釋放一定量的銀離子，受包被、濃度、pH以及時(shí)間的影響。小鼠連續(xù)28d灌胃染毒納米銀，在250mg/kg劑量下對(duì)小鼠的體重、臟器系數(shù)以及病理改變都有明顯的影響，其中主要作用靶器官為肝臟，病理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)