纳米银在医学领域的应用及其生物学特性的研究

纳米银在医学领域的运用及其生物学特性研讨奚廷斐中国药品生物制品检定所一、纳米银在医学领域的运用二、纳米银生物学特性的研讨2纳米银资料具有很稳定的物理化学性能,在电学、光学和催化等众多方面具有比普通银更优良的性能,现已广泛运用于陶瓷资料、环保资料和涂料等许多领域。一、纳米银在医学领域的运用

3银离子具有很强的杀菌性,在一切金属中其杀菌活性名列第二(汞名列第一,但有毒副作用、现已不用)。多年来的研讨阐明,银离子对12种革兰氏阴性菌、8种革兰氏阳性菌、6种霉菌均有剧烈的杀灭作用。但近年来的研讨阐明，纳米银颗粒的抗菌性能远远大于传统的银离子杀菌剂,如硝酸银和磺胺嘧啶银，具有更好的杀菌效果。所以纳米银在医学上也得到了广泛运用。

42004年以来，已有89种含纳米银的医疗产品获得了我国各级食品药品监视管理局的注册批件，进入临床运用。5纳米银妇用抗菌器辽食药监械（准）字2005第2640018号纳米银妇用抗菌凝胶豫食药监械（准）字2005第26400157号纳米银妇用抗菌凝胶苏食药监械（准）字2005第2260683号纳米银妇科抗菌器黔食药监械（准）字2005第2640012号纳米银医用妇炎栓苏食药监械（准）字2005第2640745号纳米银妇女外用抗菌凝胶粤药管械（准）字2004第2640026号纳米银妇女外用抗菌器粤药管械（试）字2004第2060018号纳米银手术切口贴湘食药监械（准）字2006第2640045号纳米银创伤贴湘食药监械（准）字2006第2640044号纳米银烧烫伤贴湘食药监械（准）字2006第2640047号纳米银止血消炎贴吉食药监械（准）字2005第2640122号纳米银凝胶抗菌器桂食药监械（准）字2005第2640131号6含纳米银医疗产品种类1、纳米银抗菌敷料 纳米银创可贴、烧烫伤贴、溃疡贴等2、纳米银抗菌导管 超滑抗菌导尿管3、纳米银抗菌器械 抗菌手术刀、手术钳、手术镊、手术针等74、纳米银妇科用品 纳米银妇用抗菌器、纳米银抗菌洗液、纳米银妇用抗菌栓、纳米银妇用抗菌凝胶等5、纳米银方案生育用品 纳米银避孕套、纳米银宫内节育器等 6、其它 纳米银骨水泥、纳米银外用抗菌喷雾器、纳米银口腔抗菌冲洗器等8长春市科新生化药械研讨所深圳市清华源兴纳米医药科技湖南湘佳医用器材深圳市源兴纳米医药科技沈阳得康医药科技武汉名实生物医药科技有限责任公司河南英泰医疗科技内蒙古东银科技内蒙古国创高科生物医学工程南京希科纳米医药技术国内消费纳米银医疗产品的公司9泰州艾力特生物科技长春吉大高科技股份湛江新同德制药桂林天和药业股份贵州荣发制药有限责任公司贵州佳宜医药科技贵州红跃药业广东同德药业福州康尔威医疗器械吉林邦安宝医用设备深圳市爱杰特医药科技10二、纳米银生物学特性研讨11 2003年以来，已有很多研讨报告了纳米资料具有特殊的生物学性质：〔1〕从生物体整体而言，纳米资料在生物体内的分布途径及靶器官具有特殊性〔2〕从细胞程度来讲，与常规资料不同，纳米颗粒可以经过一些方式直接进入细胞内，导致细胞功能的改动甚至丧失，影响细胞的正常任务。12纳米资料这些生物学特性能够会导致生物负效应。〔1〕纳米资料在生物体内的分布途径及靶器官具有特殊性，可以分布和蓄积在常规资料无法到达的靶器官。所以，其毒性发生的部位、引起的毒性反响、呵斥的病理变化和毒性作用机理与常规资料有明显差别。〔2〕纳米颗粒可以经过各种方式直接进入细胞内，导致细胞功能的改动甚至丧失，影响细胞的正常功能。13所以，即使化学构造完全一样，但只需一个物质的尺度到达纳米级，也要把该物质作为一种新物质，采用更加适宜纳米资料的技术和手段，对其进展平安性评价。14但是，对于纳米银这种已进入临床运用的纳米医用资料来讲，它能否具有上述生物学特性、假设有能否呵斥生物负效应了？对于这些问题的答案还不了解。15因此以纳米银颗粒为研讨对象，对它的生物学特性进展研讨。〔1〕模拟临床给药方式，调查纳米银在体内的吸收、分布、蓄积、代谢情况，察看纳米资料有无特殊靶器官。〔2〕针对上述两种纳米资料的特殊靶器官进展研讨，力争在细胞程度甚至分子程度上解释两种纳米资料与靶器官细胞作用的机理。16实验方法17 将120只雌性Wistar大鼠随机分为4组，分别为空白对照组、纳米银1次组、纳米银10次组、微米银组；每组分别注射1ml细胞培育液〔空白对照溶液〕、纳米银混悬液和微米银混悬液，其中纳米银10次组分10次注射，每次注射0.1ml；银的注射总量均为62.8mg/kg，注射方式为皮下注射。 分别在2周、4周、8周、12周、18周、24周时，每组任选5只动物，转移到代谢笼中豢养，搜集动物24h粪便和尿液；之后分别从这些动物股动脉取约3ml血液；然后断髓处死动物，解剖取注射部位、脑、心、肝、脾、肺、肾、一根股骨、卵巢、子宫、肾上腺。18 将一切脏器、血液和排泄物，用HNO3和HClO4消解，利用ICP-MS测试消解液中的Ag含量，再根据测试结果计算每个脏器中的Ag含量。 分别在2周、12周、24周时，每组任选3只动物，解剖后用手术刀从取出动物的注射部位皮肤、肾、肝、脾、脑、肺中取一小块，处置后进展超微病理分析。19结果讨论20纳米银和微米银皮下注射后在体内的分布

注射后的纳米银和微米银在大鼠体内的分布代谢主要可分为3个部分： 〔1〕蓄积在注射部位 〔2〕被代谢排泄到体外 〔3〕从注射部位迁移出并分布到体内其它脏器。21注射部位 排泄物22迁移到体内的银23纳米银和微米银颗粒在体内分布上的差别2425图1-8肾脏银含量变化曲线图262728图1-11脑部银含量变化曲线图29图1-12肺部银含量变化曲线图30纳米银体内分布途径的推测 要想使纳米银在体内这么多脏器中分布，普通必需是经过生物体内的循环系统，尤其是血液循环系统实现的。而且已有研讨报道进入皮肤的纳米资料可以迁移到淋巴液或血液中。 因此为了验证纳米银能否也是经过血液而分布全身的，在实验中的每个时间点，从各组待杀动物的股自动脉抽取了1ml动脉血，经过消解定容，最后利用ICP-MS测定了其中的银含量。31图1-13血液中银含量变化曲线图32 进入体内的纳米银颗粒能够是以两种形状分布到全身。 第一，纳米银在体内能够被体液溶解，产生Ag＋，这些Ag＋再分布于全身。 第二，由于纳米银外表带负电荷，可与蛋白质的正电荷因静电吸附而构成的结实结合，所以纳米银颗粒具有良好的亲蛋白性，可与血浆蛋白或其它生物蛋白反响，资料外表覆有一层生物蛋白膜或者血浆蛋白膜，这些覆蛋白膜的纳米银流动性更好，经过蛋白的代谢，分布于全身。33 所以仅根据本实验的ICP-MS的测试结果，是无法分辨出进入体内的银是以离子方式存在还是以颗粒形状存在，也就不能判别纳米银能否具有可以在体内迁移的生物学特性。所以进一步对各组动物体内各脏器的超微构造进展了观测。342.2超微病理分析结果35〔1〕肾 在对照组和微米银组动物肾脏超微病理图片中未发现异常物质。但纳米银组动物的肾小管上皮细胞的胞浆中可发现高电子密度的球形物质，尺寸在纳米级，推测为纳米银颗粒；这些纳米银颗粒能够分布在溶酶体和线粒体中。此外，在纳米组动物的肾小球、肾小囊腔、血管腔中也发现有类似的纳米尺度高电子密度的球形物质。36肾小球和肾小囊腔边缘的足细胞足突上发现有纳米银颗粒，但在肾小囊腔中未发现有纳米银颗粒a40000×Bar=100nmb40000×Bar=100nm37 2周 12周 24周20000×Bar＝300nm 20000×Bar＝300nm 40000×Bar＝100nm肾小管上皮细胞中的纳米银颗粒38〔2〕肝 在对照组和微米银组动物肝脏超微病理图片中未发现异常物质。但纳米银组动物的肝细胞胞浆中可发现高电子密度的球形物质，尺寸在纳米级，推测为纳米银颗粒；这些纳米银颗粒能够分布在溶酶体和线粒体中。此外，在纳米组动物的肝血窦、窦周隙中也发现有类似的纳米尺度高电子密度的球形物质。3920000×Bar＝300nm 40000×Bar＝100nm由上图可以发如今肝血窦的窦周隙中有纳米银颗粒，因此可以推断纳米银颗粒可以从血管内皮细胞间隙迁移到窦周隙中。40 2周 12周 24周40000×Bar＝100nm 20000×Bar＝300nm 40000×Bar＝100nm超微病理照片显示在肝细胞中也发现有纳米银颗粒。推测是部分纳米银颗粒依然会以单分散的方式存在，并进入了肝细胞内。41〔3〕脾 在对照组和微米银组动物脾脏超微病理图片中未发现异常物质。但纳米银组动物的脾索淋巴细胞胞浆中可发现高电子密度的球形物质，尺寸在纳米级，推测为纳米银颗粒；这些纳米银颗粒能够分布在溶酶体和线粒体中。此外，在纳米组动物的脾血窦中也发现有类似的纳米尺度高电子密度的球形物质。而且发现纳米银组动物脾脏巨噬细胞数量较多。4240000×Bar＝100nm 20000×Bar＝300nm脾索中的纳米银颗粒43

2周 12周 24周40000×Bar＝100nm 40000×Bar＝100nm 20000×Bar＝300nm超微病理照片显示在淋巴细胞中也发现有纳米银颗粒。推测是部分纳米银颗粒依然会以单分散的方式存在，并进入淋巴细胞内。44〔4〕脑 在对照组和微米银组动物脑部超微病理图片中未发现异常物质。但纳米银组动物的脑部超微病理图片可以看到比较多坏死的神经元，而且脑神经元中可发现高电子密度的球形物质，尺寸在纳米级，推测为纳米银颗粒。这些纳米银颗粒能够分布在线粒体中。 此外，纳米组动物的血脑屏障外的星形细胞脚板肿胀，显示血脑屏障被破坏。在被破坏的血脑屏障的血管内皮细胞中也发现有类似的纳米尺度高电子密度的球形物质。

45纳米组微米组空白对照组纳米银组动物的血脑屏障外侧的星形细胞脚板明显肿大，这显示血脑屏障被破坏。与微米银组和空白对照组之间有明显差别。46 a b 10000×Bar＝1µm 40000×Bar＝100nm被破坏的血脑屏障中有纳米银颗粒b4740000×Bar＝100nm 40000×Bar＝100nm正在经过血脑屏障的纳米银颗粒48推测能够有两种途径：〔1〕第一，经过血管内皮细胞的胞吞和胞吐的转运作用经过血脑屏障。〔2〕松弛内皮细胞间的严密衔接或溶解内皮细胞的细胞膜的方式破坏BBB而进入脑细胞。但是仅经过本实验的研讨结果很难断定，纳米银颗粒是如何从血液中迁移出来的，还需求进一步的研讨证明。49 a b c10000×Bar＝1µm 5000×Bar＝1µm 20000×Bar＝300nm正常神经元和固缩神经元中的纳米银颗粒a正常神经元 b固缩神经元 c固缩神经元中有纳米银颗粒50

2周 12周 24周40000×Bar＝100nm 40000×Bar＝100nm 40000×Bar＝100nm纳米银组动物神经元中的纳米银颗粒51〔5〕肺 在对照组和微米银组动物肺部超微病理图片中未发现异常物质。但纳米银组动物的肺泡上皮细胞的胞浆中可发现高电子密度的球形物质，尺寸在纳米级，推测为纳米银颗粒。此外，在纳米组动物的血管腔中也发现有类似的纳米尺度高电子密度的球形物质。52

2周 12周 24周40000×Bar＝100nm 40000×Bar＝100nm 40000×Bar＝100nm肺泡上皮细胞中的纳米银颗粒53 在本研讨中对各个脏器超微病理分析照片中可以发现高电子密度的球形物质，尺寸在纳米级。将这些照片与原始的纳米银颗粒照片比较，可以发现各脏器血管腔中的高