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随着介孔二氧化硅纳米颗粒(MSN)在生物医药领域的潜在应用日益增多,特别是作为抗肿瘤药物载体的研究,MSN的生物安全性问题也逐渐引起人们的关注,然而,MSN的生物安全性效应及体内分布转运并没有得到充分的了解。因此,本文以中空核壳结构的夹心二氧化硅(SN)为模型,研究其在体内的急性和亚急性毒性表现、损伤机制和分布转运,为夹心二氧化硅纳米颗粒在生物医药领域的应用提供了重要的毒理学依据。1尺寸对夹心二氧化硅纳米颗粒急性毒性的影响为了筛选出毒性较小或者无毒的纳米颗粒,本文首先研究了尺寸对SN急性毒性的影响,采用最半数致死量、临床变化、剖检结果、血常规等指标评价尺寸为60、110和260nm的SN (SN-60、SN-110和SN-260)的急性毒性。结果表明,SN-60的半数致死量小于200 mg/kg,而其它两个尺寸颗粒半数致死量皆大于400 mg/kg。SN-60 400mg/kg实验组小鼠的异常表现包括精神萎靡、活动减少、蜷缩、体重降低和死亡。剖检可观察到肠道、肠系膜淋巴结和膀胱等多组织器官出血,肝脏出现大面积点状坏死。根据上述结果,SN-60的急性毒性远大于SN-110和SN-260。因此,我们选择110 nm SN颗粒为模型材料进行纳米颗粒安全性评价的深入研究。2夹心二氧化硅纳米颗粒急性毒性和机制的研究为了详细评价110 nm SN的急性毒性,我们选取40只雌性ICR小鼠,随机分为4组：分别为尾静脉注射40、80及240 mg/kg SN的实验组和注射等体积5%葡萄糖溶液的对照组。检测其体重、采食量、血常规、血生化、组织形态学和肝脏氧化应激指标。结果发现,与对照组相比,240 mg/kg实验组小鼠的ALT、AST的含量有显著升高趋势(p<0.05),而BUN和CREA的含量无明显变化(p>0.05)。通过对肝脏的氧化应激指标的机制的探讨,发现和对照组相比,所有实验组均引起肝脏的超氧化物歧化酶(SOD)的活性显著下降(p<0.05)。综上所述,夹心二氧化硅纳米颗粒经静脉注射途径暴露后,肝脏为SN的主要靶器官,损伤表现为转氨酶升高和炎症反应,SOD活性的降低可能在SN引起肝脏急性损伤中发挥了重要作用。3夹心二氧化硅纳米颗粒亚急性毒性和机制的研究为了进一步研究SN多次暴露后的亚急性毒性及对肝脏损伤机制,选取20只雌性ICR小鼠,随机分为4组：腹腔注射10、25和50 mg/kg实验组及注射等体积5%葡萄糖溶液对照组,每周两次,连续6周。检测动物体重、脏器指数、血生化、组织形态学、纤维化染色及羟脯氨酸含量等指标。结果表明,和对照组相比,50 mg/kg SN引起血清中ALT和肝脏中羟脯氨酸的含量显著升高p<0.05)。组织形态学也观察到当注射剂量高于25 mg/kg时,SN引起肝脏出现疑似硅结节病变和纤维化,并且具有剂量依赖性。采用免疫组化、生物电镜和促炎因子等指标研究SN对肝脏的多次暴露后的损伤机制。和对照组相比,25和50 mg/kg实验组,Kupffer细胞中8-OHdG和CD68的表达量及血清中IL-1β和TNF-a的含量显著升高。生物电镜结果发现,在疑似硅结节损伤部位的Kupffer细胞内含有大量的SN纳米颗粒。综述所述,SN的亚急性毒性靶器官仍为肝脏,KC细胞在SN诱导的肝损伤中发挥了重要的作用。4夹心二氧化硅纳米颗粒在体内分布与排泄的研究为了揭示纳米颗粒在体内的分布排泄与毒性之间的关系,选取12只1CR小鼠,3只为对照组,其余9只小鼠尾静脉注射80 mg/kg FITC标记的SN (SN-FITC),分别于24h、7d和28d剖杀。采甩荧光显微镜和透射电镜的方法揭示尾静脉注射SN后在体内的分布、转运和排泄。荧光观察结果表明,SN进入血液后迅速分布在肝脏和脾脏,并且随着时间的延长,SN在肝脏和脾脏内分布发生改变。通过对粪便和尿液的定性观察,发现SN主要是通过粪便排出体外。综述所述,通过对夹心二氧化硅纳米颗粒尺寸效应的研究,为纳米颗粒在生物医学中的应用选择合适的尺寸提供依据。毒性及体内代谢的研究表明,SN具有良好的生物相容性,并能从体内排泄。但是当SN单次注射较大剂量或者注射次数增多会造成肝脏的损伤。因此,可以通过控制载体的使用剂量和注射次数,使其既能获得满意的治疗疗效,同时又可以避免载体带来的毒副作用,这为纳米药物载体的临床应用提供了重要的实验数据。本文的研究为建立一套适合研究纳米尺寸材料安全性评价的平台提供必要依据。