纳米银，勇登Nature Nanotechnology！
奇物论
2021-05-19
银纳米颗粒（AgNPs）由于其抗菌活性已在许多消费品中商业化，在食品包装、生物医药和环境工业中具有潜在的应用前景。尽管AgNPs在消费品中越来越普遍，但AgNPs的生物学作用机制尚不清楚。这种了解的缺乏不仅阻碍了新的治疗性银纳米制剂的开发，而且也妨碍了对非靶细胞和或生物体毒性的准确预测。AgNPs的毒性机制通常归因于离子颗粒表面离子Ag+的释放，暴露于AgNPs的细胞已表现出炎症、氧化、遗传毒性和细胞毒性反应。相反，一些研究提出由AgNPs的物理化学性质驱动的颗粒特异性不良反应是主要机制。这种粒子特异性的作用在很大程度上仍有待研究；诸如NP与细胞表面的相互作用、NP的摄取和细胞内的化学转化等动力学过程尚不清楚。在文献中提出的毒性途径的机制解释中，有一种叫做“特洛伊木马机制”。据推测，NPs起着Ag+载体的作用，因为在细胞外环境中，离子很难避开络合而进入细胞内空间。一旦内化，NPs经历溶酶体增强溶解和释放Ag+，这对细胞功能产生负面影响。因此，确定AgNPs毒性作用的罪魁祸首的关键是：在细胞间和细胞内环境中检测上述离子和粒子。然而，AgNPs的原位鉴定及其表征和定量仍然是一个方法学上的挑战，这不仅是AgNPs的共同挑战，也是NPs的共同挑战。因此，很明显，目前害没有任何一种技术能够提供有关NPs的细胞相互作用和细胞内命运的足够详细的信息。鉴于此，澳大利亚南澳大学Enzo Lombi等人采用一种结合了多种分析技术的方法来阐明AgNPs暴露于人类细胞后的命运，并研究其摄取行为。相关成果发表在Nature Nanotechnology上。
（1）ICP-MS化学分析和质谱流式细胞技术（Cy-TOF）在单个细胞水平上测量与细胞相关的Ag；（2）使用ICP-MS单颗粒检测(sp-ICP-MS)鉴定和表征与细胞相黏附并被细胞内在化的含银NP；（3）同步辐射X射线吸收光谱（XAS）鉴定细胞相关银的化学形态；（4）化学蚀刻以区分与细胞表面结合的Ag与细胞内的Ag。研究人员选择了8种AgNPs配方来研究不同表面电荷和主要NP尺寸（10、30、60、100 nm）引起的不同的NP-细胞相互作用。而且由于人类T淋巴细胞细胞系的丰富性和适应性免疫的相关性，因此选择其作为细胞模型。研究发现，带有阳离子表面电荷（即bPEI包被）的AgNP比具有相同主要尺寸的阴离子（即柠檬酸盐包被的）AgNP具有明显更高的细胞毒性，对于具有相同表面涂层的AgNP，基于质量的毒性随着粒径的减小而增加。而且阳离子纳米颗粒更容易被细胞黏附，而且还表明内在化的Ag在驱动AgNP毒性中起主要作用。为了研究细胞相关和细胞内AgNPs的潜在转化并研究细胞外环境中Ag的形态，通过XANES光谱分析了对AgNP暴露的细胞和暴露介质进行了分析。暴露于AgNPs 24小时后，金属Ag和硫化Ag（Ag2S）是与淋巴细胞相关的Ag的两种主要形式。细胞样品中金属银的含量明显依赖于AgNPs的原始大小。值得注意的是，在未蚀刻的样品中发现了更多的金属Ag，这表明大多数AgNP黏附在细胞膜的外部。而在蚀刻的样品中，与细胞黏附的总Ag含量较低，并且检测到的金属Ag含量较小。这些结果表明，硫化部分显然发生在细胞内。也就是说，AgNPs的生物转化主要受硫化作用的影响，这可以看作是Ag的细胞解毒途径之一。图|AgNP暴露的人T淋巴细胞表面和细胞内Ag的形态总而言之，这项研究提供了一个框架，可通过使用互补的分析方法全面了解NP与哺乳动物细胞之间的相互作用。这项工作强调了联合方法的重要性，如单细胞，单粒子和原位物种形成技术，以解开未知的NP-细胞相互作用。Malysheva, A., Ivask, A., Doolette, C.L. et al. Cellular binding, uptake and biotransformation of silver nanoparticles in human T lymphocytes. Nat. Nanotechnol. (2021).https://doi.org/10.1038/s41565-021-00914-3
