Small在2020年5.26號第16卷第21期出版了特刊“重新思考納米安全”。趙宇亮院士、André E. Nel、Iseult Lynch及陳春英研究員等全球大牛從各個方面對納米安全進行了介紹。
我們先來看下幾個封面的文章：
首先，封面是本期專刊的封面， AndréE. Nel，夏天及其同事描述了基于金屬的納米顆粒如何被肝細胞內吞，以及在肝細胞中誘導的層級氧化應激反應，包括線粒體中活性氧的產生，谷胱甘肽的消耗，二相酶（如HO-1）的表達，促炎性細胞因子（包括IL-1β和TNF-α）的產生以及通過不同機制誘導的細胞死亡，包括細胞凋亡和細胞焦亡。
封面二（InsideFront Cover）中，Tae Hyun Yoon及其同事描述了利用單細胞計數法和RNA序列技術在單細胞水平上分析納米粒子與人類免疫細胞之間的異質相互作用，主要通過鑒定各種免疫細胞類型，細胞相關的納米顆粒的定量，以及觀察轉錄組譜和信號蛋白的表達。
封面3（InsideBack Cover）的靈感來自Pink Floyd的專輯封面，它代表了石墨烯在用ZnS摻雜的AgInS2納米晶體功能化后，未被檢測到的“暗”信號轉變為可見信號的過程，這樣就允許在單個細胞水平上檢測人外周血單核細胞。
封面4（BackCover）中，同濟大學林思劼教授及其同事在斑馬魚模型中研究了納米光催化劑TiO2和g-C3N4對環境的潛在危害。在光照射下，納米光催化劑會產生有害的活性氧物種，這些活性氧物種在納米生物相互作用過程中會產生不利影響。毒性結果受光能，水深和天然有機物濃度的影響很大。
以下，奇物論編輯部對“重新思考納米安全”部分研究成果進行詳細分類整理，供大家學習和交流!
1. 納米材料的安全性設計
中國科學院長春應用化學研究所張海元研究員：基于能帶屬性調節下金屬氧化物納米材料的安全性設計研究
金屬氧化物納米材料被廣泛應用于化妝品，食品添加劑、凈水劑和疾病治療等領域，這些材料在生產、運輸和使用過程中會通過呼吸系統、透皮吸收或吞食等途徑進入人體，對人類健康構成嚴重威脅。因此，對納米材料進行安全性設計能夠降低納米材料的生物威脅并拓寬其應用領域。張海元研究員團隊以Mn3O4納米顆粒為模型材料進行了安全性設計，展示了一種基于納米材料能帶屬性調節的金屬氧化物納米顆粒的安全設計方法。
Yanlin Feng. et al. Safety-by-Design of Metal OxideNanoparticles Based on the Regulation of their Energy Edges. Small 2020,201907643
DOI: 10.1002/smll. 201907643
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201907643
2. 納米材料形成蛋白冠的研究:
納米材料的一個關鍵生物轉化是形成蛋白冠。當納米顆粒進入生物環境時，它們會立即與蛋白質相互作用，形成納米顆粒-蛋白質復合物，即“蛋白冠”。在大多數情況下，這種現象改變了納米顆粒的理化性質，這樣會引發蛋白質的錯誤折疊和聚集，隨后影響納米材料的生物相容性、毒性和生物分布等。而且蛋白冠的形成也被認為是納米藥物實現臨床轉化過程中的關鍵一環。因此，深入了解蛋白冠對生物安全性評估至關重要。
（1）西北工業大學尚利教授：熒光共振能量轉移對量子點蛋白冠形成的原位研究
西北工業大學尚利教授采用熒光共振能量轉移（FRET）方法研究了量子點納米顆粒對蛋白質的吸附行為，為定量研究納米顆粒在體內外的生物相互作用提供一個多功能的平臺。
Shaohua Qu. et al. In Situ Investigation on theProtein Corona Formation of Quantum Dots by Using Fluorescence Resonance EnergyTransfer. Small 2020, 201907633
DOI: 10.1002/smll. 201907633
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201907633
（2）萊頓大學RawiRamautar教授：代謝組學方法測定納米材料代謝物蛋白冠的初步研究
由于蛋白冠的重要性，萊頓大學RawiRamautar教授等采用定量代謝組學方法來定量探測代謝物與納米材料結合，包括它們與血清蛋白相互作用，形成蛋白冠的研究。
Andrew J. Chetwynd. et al. In Situ Investigation onthe Protein Corona Formation of Quantum Dots by Using Fluorescence ResonanceEnergy Transfer. Small 2020, 202000295
DOI: 10.1002/smll. 202000295
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll. 202000295
3. 納米材料對植物、動物及環境的影響：
（1）伯明翰埃德巴斯頓大學的Iseult Lynch教授：土壤－植物系統中的納米材料轉化
工程納米材料（ENM）在提高農用化學品的利用效率，作物生產和土壤健康方面具有巨大潛力；然而，ENM對農業生態系統的潛在負面影響仍然是未知的。尤其是對土壤和植物中ENMs的轉化缺乏清晰的認識。ENMs的轉化可能是物理的、化學的和/或生物的，并且可能發生在土壤、植物界面和/或植物內部。由于轉化是高度動態的過程，ENM可能會獲得不同于其原始性質的新屬性。因此，它們的活性或生物效應可能顯著不同。伯明翰埃德巴斯頓大學Iseult Lynch教授討論了ENM轉化過程中的幾個基本問題，包括ENM轉化在土壤-植物系統中的驅動因素，以及ENM轉化對分析物吸收、遷移和毒性的影響。Iseult Lynch教授強調了這一領域的主要知識差距，并概述了未來的研究需要，以確保可持續的納米農業應用。
Peng Zhang. et al. NanomaterialTransformation in the Soil–Plant System: Implications for Food Safety andApplication in Agriculture. Small 2020, 2000705
DOI: 10.1002/smll.2000705
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.2000705
（2）意大利生物化學與細胞生物學研究所Diana Boraschi：通過評估各種生物物種的先天免疫來解決納米材料的免疫安全問題
生物體（植物和動物）與外來物質的相互作用是生物體生存和適應環境的核心問題。應該從這個角度來考慮納米安全性，并且應該檢查不同的生物體如何與工程納米材料（NM）相互作用來適應環境。意大利生物化學與細胞生物學研究所Diana Boraschi等討論了納米與NM與主要生物系統（即免疫系統）之間的相互作用，因為免疫系統主要用于識別和響應外來物質。關注重點在于先天免疫，因為先天免疫是植物、無脊椎動物和低等脊椎動物的唯一免疫類型，與高等脊椎動物的適應性免疫共存。在大多數情況下，NM與生物體的相互作用會導致先天性免疫反應，從而消除一些潛在危險。
Diana Boraschi. et al. Addressing NanomaterialImmunosafety by Evaluating Innate Immunity across Living Species. Small 2020,202000598
DOI: 10.1002/smll.202000598
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202000598
（3）中國科學院環境化學與生態毒理學研究中心國家重點實驗室劉思金研究員和中國科學院資源環境學院、加州醫科大學納米醫學系夏天教授：納米材料的環境健康和安全對于保持納米工業的可持續發展至關重要
納米技術正取得令人矚目的增長，預計到到2024年，全球納米技術產業有望超過1250億美元。然而，最近的一些研究發現一些納米材料或藥物會使人過敏或致癌。因此納米工業的可持續增長需要更多的納米環境健康與安全研究。在此，中國科學院環境化學與生態毒理學研究中心國家重點實驗室劉思金研究員和中國科學院資源環境學院、加州醫科大學納米醫學系夏天教授闡述了當前的知識差距和未來前進的方向。
Sijin Liu* and Tian Xia. Continued Efforts onNanomaterial-Environmental Health and Safety Is Critical to MaintainSustainable Growth of Nanoindustry. Small 2020, 202000603
DOI: 10.1002/smll. 202000603
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202000603
4.納米材料對肝臟健康的影響：
肝臟作為人體垃圾箱的作用是眾所周知的，它是所有毒物的聚集地，納米材料也不例外。納米粒子在進入體內后會積聚在肝臟，與給藥途徑無關。
（1）新加坡國立科學大學藥學院AdrianBoey 和 Han Kiat Ho：條條大路通肝臟：金屬納米顆粒對肝臟健康的影響
新加坡國立科學大學藥學院Adrian Boey和Han Kiat Ho在該綜述中將討論范圍限制在金屬納米粒子上，為它們在肝臟中的安全性提供一個平衡的看法，討論可能的治療效益以及由于金屬納米粒子與肝臟中特定細胞類型的相互作用而引起的潛在的意外肝損害。
Adrian Boey and Han Kiat Ho. All Roads Lead to theLiver: Metal Nanoparticles and Their Implications for Liver Health. Small. 2020，202000153
DOI: 10.1002/smll. 202000153
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202000153
（2）圣塔克拉拉大學Korin E. Wheeler：低劑量銀的表面化學誘導人類肝細胞基因表達的時間效應
Ag被廣泛應用于消費品和生物醫學產品中，因此了解其對肝細胞的影響對于Ag的風險評估非常重要。圣塔克拉拉大學Korin E. Wheeler等研究了低劑量銀的表面化學誘導人類肝細胞基因表達的時間效應。
John S. House. et al. Low-Dose Silver NanoparticleSurface Chemistry and Temporal Effects on Gene Expression in Human Liver Cells.Small. 2020，202000299
DOI: 10.1002/smll. 202000299
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll. 202000299
（3）格羅寧根大學Anna Salvati：時間分辨定量精確切割的肝切片中納米顆粒的攝取、分布和影響
格羅寧根大學Anna Salvati等提供了精確切割肝切片中納米顆粒的攝取、分布和影響的定量時間分辨數據，朝著體內外橋接方法這一方向邁出了重要一步。
Roberta Bartucci. et al. Time-Resolved Quantificationof Nanoparticle Uptake, Distribution, and Impact in Precision-Cut Liver Slices.Small. 2020，201906523
DOI: 10.1002/smll. 201906523
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll. 201906523
（4）中國科學院資源環境學院、加州醫科大學納米醫學系夏天：金屬氧化物納米材料造成肝細胞死亡的反應機制
金屬氧化物納米材料對肝細胞毒性機制的研究還很缺乏，中國科學院資源環境學院、加州醫科大學納米醫學系夏天對金屬氧化物納米材料造成肝細胞死亡的反應機制進行了研究，發現不同金屬氧化物具有不同的死亡機制，這樣有助于進行全面的安全性評價。
Xiang Wang. et al. Mechanistic Differences in CellDeath Responses to Metal-Based Engineered Nanomaterials in Kupffer Cells andHepatocytes. Small. 2020，202000528
DOI: 10.1002/smll. 202000528
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202000528
5.納米材料不同暴露途徑對毒性的影響：
納米材料的暴露途徑很大程度上決定了納米材料的毒性，以及造成各種疾病。因此，研究納米材料不同暴露途徑對其毒性的影響至關重要。
（1）國家納米科學中心陳春英:納米材料和腸道之間的相互作用
工程性納米材料（EMS）因其良好的性能而被廣泛應用于食品添加劑、食品包裝和治療等領域，因此，人類經?？诜庠醇{米材料，這意味著腸道是納米材料的主要靶點之一。因此，了解納米材料與腸道的相互作用具有重要意義。當納米材料進入腸腔時，它們不可避免地與各種成分相互作用，在腸道上的位置不同會有不同的生物效果，這被稱為位置導向效應（LOE）?；诖?，國家納米科學中心陳春英研究員對納米材料和腸道之間的相互作用，即納米材料在腸道中的位置導向效應的研究進展進行了綜述。深入了解EMS誘導的LOE將有助于設計更安全的EMS和開發更有效的腸道相關疾病納米藥物。
Xuejing Cui. et al. The Nano–Intestine Interaction:Understanding the Location-Oriented Effects of Engineered Nanomaterials in theIntestine. Small. 2020，201907665
DOI: 10.1002/smll.201907665
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201907665
（2）丹麥哥本哈根國家工作環境研究中心UllaVogel：心血管疾病是職業病?。。〖{米顆粒誘導的急性反應是其誘發心血管疾病的作用機制
隨著納米材料的廣泛應用，這些材料在生產、運輸和使用過程中會通過呼吸系統、透皮吸收或吞食等途徑進入人體，從而損傷細胞器官并干擾細胞功能，導致嚴重的呼吸系統疾?。ㄏ⒎螝饽[和癌）和心血管疾病（心臟病和中風），對人類健康構成嚴重威脅。納米顆粒誘導的急性反應可能是其誘導心血管疾病的重要作用機制。丹麥哥本哈根國家工作環境研究中心Ulla Vogel教授回顧了吸入顆粒物或納米材料誘導急性反應和心血管疾病風險之間的因果關系。這樣，納米材料誘導的急性反應為其誘發心血管疾病的風險評估提供了一種新的手段，證明了心血管疾病是一種職業病。
Niels Hadrup et al. Acute PhaseResponse as a Biological Mechanism-ofAction of (Nano)particle-InducedCardiovascular Disease. Small 2020, 1907476
DOI: 10.1002/smll.201907476
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201907476
（3）薩爾茨堡大學Albert Duschl:什么情況下免疫學家會認為納米材料是安全的？關于納米安全研究的幾點建議
免疫是人體的一種生理功能,人體依靠這種功能識別“自己”和“非己”成分,對進入人體的外來成分加以識別和響應。因此，當細胞和生物體暴露于納米材料時，免疫反應幾乎是不可避免的。薩爾茨堡大學Albert Duschl教授回顧了在納米安全性研究中考慮免疫系統的研究現狀，并指出需要進一步改進的三個方面：1）由于技術限制，應對內毒素污染進行更嚴格的測試。2）由于在過量情況下免疫力顯示出非生理反應，因此所有劑量均應與組織輸送劑量等效。3）當觀察到急性炎癥或細胞應激的標志物時，必須進行功能測定，以區分穩態波動和真正的防御或耐受性反應。由于免疫激活也可能表明免疫系統認為刺激無害并誘導耐受，因此激活標記本身并不一定暗示對身體有危險。這樣的指導方針對于判定納米材料是否安全是非常必要的。
Martin Himly et al. When Would Immunologists Considera Nanomaterial to be Safe? Recommendations for Planning Studies on Nanosafety. Small 2020, 1907483
DOI: 10.1002/smll.201907483
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201907483
（4）南洋理工大學材料科學與工程學院ChorYong Tay:炎癥增加人小氣道上皮細胞對肺部納米毒性的敏感性
暴露于尺寸小于100nm的吸入性納米材料與許多呼吸疾病有關。盡管許多研究已經確定了納米材料的一些關鍵物理化學性質可以造成肺炎毒性。但是，納米材料暴露的復雜交互作用和累積效應，特別是在先前存在炎癥性呼吸道疾病的個體中，仍然不清楚。南洋理工大學材料科學與工程學院Chor Yong Tay教授檢測了原代人小氣道上皮細胞（SAEC）和腫瘤壞死因子α（TNF-α）誘導的炎癥SAEC暴露于一些納米顆粒（CuO、ZnO、低碳鋼焊接煙塵（MSWF）和復印機中心顆粒納米組分（Nano-CCP））后對毒性的敏感性。研究發現，與正常SAEC相比，由于細胞內活性氧（ROS）的基礎水平較高，炎癥細胞對納米誘導的細胞毒性的敏感性增加了15-70%，證明對肺部納米毒性的易感性高度依賴于納米特性與肺泡環境炎癥之間的相互作用。
Zhuoran Wu. et al. Inflammation IncreasesSusceptibility of Human Small
Airway Epithelial Cells to Pneumonic Nanotoxicity. Small2020, 2000963
DOI: 10.1002/smll. 2000963
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.2000963
結語：
當我們探索納米材料與生命系統的相互作用，繪制并量化細胞、組織、生物體和種群水平上的變化時，我們正在學習大量關于生物功能以及納米材料功能的知識。因此，納米安全不僅是納米材料開發和應用的必要方面，而且是監管的基石，是一個蓬勃發展，創新和令人興奮的研究領域，它利用化學信息學，系統毒理學和小分子化學方面的發展，并隨著分析方法的進步，產生了令人振奮的創新。納米安全研究人員正在開拓先進的細胞和組織模型的發展，從而加速從動物試驗過渡的進程。納米安全研究目前正被用于推動從個性化納米醫學到精密納米農業等領域的創新。
本期特刊匯集了納米安全領域最優秀的思想領袖，為納米安全研究的當前和未來方向提供信息指導，以更好地促進人類和環境健康。該特刊由兩部分組成，所以請繼續關注“重新思考納米安全”第二部分，它們將在2020年7月與大家見面。
