近日，國家納米科學中心中國科學院納米生物效應與安全性重點實驗室陳春英研究組與納米材料研究室唐智勇研究組合作，在以秀麗線蟲為模型研究納米材料生物效應方面取得重要進展，研究結果發表在美國化學會的Nano  Letters  雜志上（2011,  11:  3174-3183）。

納米材料與生命體系相互作用及其健康效應問題，是納米科技領域的重要前沿科學問題。由于納米材料本身具有獨特的理化性質，傳統毒理學評價方法已不能滿足納米材料生物效應研究的需求，實驗中體內、體外結果不一致的矛盾日益凸顯，這就要求發展快速、簡單、準確的毒理學評價模型體系。而納米材料在復雜生物體系內可能發生的多種理化性質改變更為其后續毒理學研究帶來了巨大的挑戰，這就要求在方法學上有所突破創新。

秀麗線蟲（Caenorhabditis  elegans）是生物學經典的模式生物，然而用于納米材料的生物效應研究還鮮有報道。本研究工作基于秀麗線蟲模型，從納米材料毒理學評價方法學的建立、應用和機理揭示等方面進行了具有開創意義的研究。值得一提的是：秀麗線蟲的優勢在于其既可以從生物個體水平進行研究，其體內的每個細胞又可單獨研究，便于從整體、器官、組織、細胞多層次對納米材料的體內行為進行研究。

該工作選擇了目前最具有應用前景的量子點（Quantum  dots）作為代表性納米材料，研究了其在體內的分布、代謝、轉化和長期毒理效應。研究發現：量子點經攝食進入并積累在秀麗線蟲消化系統，進入消化道內皮細胞定位于溶酶體，長期蓄積會導致量子點從消化系統向生殖系統遷移，并導致生殖障礙和子代發育毒性。

基于同步輻射先進光源發展起來的多種元素高靈敏分析技術近年來已開始應用于納米材料的表征、化學結構分析等領域，然而用于生物體系內原位的研究尚無報道。該工作創新性地將多種同步輻射技術，如X射線原位微區元素成像與化學結構分析技術應用于量子點材料在體內代謝與降解過程的研究，揭示了量子點在線蟲消化系統微環境內降解、氧化和代謝的過程，并指出了利用納米材料光學特性進行分布研究的不可靠性，提出了集成光學成像、原位元素成像與結構分析、細胞生物學、毒理學等多種方法來研究納米材料在生物體系內分布代謝等重要問題的系統研究方法。

該研究方法對于建立以秀麗線蟲為模式生物評價納米材料生物效應的研究平臺具有重要意義，并有望在后續研究中推廣應用于多種重要納米材料的研究，在不同層次闡明納米材料與生物體系相互作用的機制。  

該工作是陳春英研究組關于納米材料的生物效應與安全性系列研究工作的一部分。其他工作包括：不同納米材料特性如不同粒徑和表面電荷可影響細胞有絲分裂和細胞周期(Biomaterials,  2011,32:  8291-8303)；羧酸化富勒烯納米材料可定位于溶酶體，通過穩定溶酶體膜抑制細胞凋亡新機制(Biomaterials,  2011,32:4030-4041)；應邀撰寫金屬納米材料在生物體內的命運和生物應用，總結了目前在生物醫學領域具有應用前景的新型納米材料與納米結構在生物體內吸收、分布與代謝過程以及納米特性與體內毒性相關性的研究進展和發展趨勢。

該系列研究成果不僅有助于人們進一步加深對不同納米材料與生物體系相互作用的機制與共性規律的理解，同時對合理設計和安全使用納米材料也具有參考價值。

上述工作得到了科技部、國家自然科學基金委和中國科學院的資助。