膳食營養(yǎng)-國立宜蘭大學環(huán)境工程學系

1、,,,環(huán)境化學物質(zhì)對人類細胞毒性影響,細胞壞死或細胞凋亡,器官功能受損,個體死亡,造成基因突變,細胞特性改變,誘發(fā)癌癥,個體死亡,,,,,,,,,個體老化,,,影響生殖,物種存滅,,1,奈米科技應用與產(chǎn)值,奈米微粒一般指大小在1-100 nm的顆粒奈米科技的運用極廣，包括：光電、半導體、醫(yī)療、化妝品等，奈米科技是個極具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)（Paull et al., 2003）,Adapted from the Woodrow Wilson

2、 Database in Jan 2009 (http://www.nanotechproject.org).,Currently, estimates indicate that there are over 800 consumer products already available containing nanomaterials.the sales were valued at $147 billion(1兆4千億) in

3、2007 and are expected to soar over the coming years with a predicted value of $3.1 trillion (3兆) by 2015.,2,,,,,,,,,,,半導體製造業(yè)是集合物理、電子、電機、光學、化學、機械、材料及管理科學的高科技工業(yè)。為電子工業(yè)的上游技術產(chǎn)業(yè)，電子業(yè)產(chǎn)品之競爭力強弱，受半導體技術的發(fā)展影響頗大。隨著電子資訊工業(yè)的蓬勃發(fā)展．使得該產(chǎn)

4、業(yè)成長更加快速，對我國經(jīng)濟發(fā)展有很大的貢獻，並且受到政府工業(yè)主管單位相當?shù)闹匾暋?奈米分子(TiO2 SiO2)應用於奈米科技產(chǎn)業(yè),,,3,,,,,奈米顆粒進入生物體內(nèi)代謝累積途徑,4,5,Landsiedel, R., et al., Genotoxicity investigations on nanomaterials: methods, preparation and characterization of test mate

5、rial, potential artifacts and limitations--many questions, some answers. Mutat Res, 2009. 681(2-3): p. 241-58.,不同奈米種類影響細胞DNA結構相關文獻,5,Nanomaterials may result in oxidative stress or inflammatory responses that in turn hav

6、e the potential to damage DNA and alter transcriptional patterns.,N. Singh et al. / Biomaterials 30 (2009) 3891–3914,Oxidative stress,DNA damage,Inflammation,Epigenetic event, Apoptosis, Cancer,Indirect mechanisms that

7、can lead to genotoxicity,6,7,Knaapen, A.M., et al., Inhaled particles and lung cancer. Part A: Mechanisms. Int J Cancer, 2004. 109(6): p. 799-809.,,,,,,,奈米分子致癌機制,7,,,,環(huán)境化學物質(zhì)對人類細胞毒性影響,細胞壞死或細胞凋亡,器官功能受損,個體死亡,造成基因突變,細胞特性改變,誘

8、發(fā)癌癥,個體死亡,,,,,,,,,個體老化,,,影響生殖,物種存滅,,,？,8,奈米顆粒細胞毒性篩檢平臺建立,奈米顆粒致癌性分析,奈米顆粒毒性測試實驗動物模式建立,環(huán)境中奈米微粒之細胞毒性研究」規(guī)劃,奈米顆粒對幹細胞影響,9,奈米顆粒對生殖系統(tǒng)影響,金屬奈米顆粒大部分不可溶。過濾易殘留於過濾器(高濃度-實驗低濃度) 。未過濾易污染，不易進行長時間影響細胞研究(細胞轉型癌化) ?；旌响兑后w中，高濃度易凝集，低濃度易懸浮。造成實驗數(shù)

9、據(jù)與結果可信度低。,奈米顆粒細胞毒性篩檢平臺建立,10,,,,SiO2,TiO2,TiO2,SiO2,,,過濾後,過濾後,11,電噴霧氣膠產(chǎn)生器,,12,奈米微粒的收集與分析 以電噴霧系統(tǒng)收集奈米微粒。使用微分式電移動度分析儀 (Differential Mobility Analyzer, DMA, WSP-1000XP ) 量測奈米級微粒的粒徑分佈。,,,13,13,無菌電灑電漿細胞暴露模式建立優(yōu)點:奈米顆粒直接接觸細胞

10、奈米顆粒濃度準確無菌可操作長時間細胞研究適用各種奈米顆粒細胞毒性快速研究檢測,奈米顆粒細胞毒性篩檢平臺建立,14,癌癥為十大死因之首臺灣95年癌癥發(fā)生人數(shù)約7萬多人(7分鐘)呼吸道相關癌癥逐年增加(環(huán)境污染源種類與數(shù)目年年倍增)至今癌癥仍無有效治療方式,奈米顆粒致癌性分析,15,16,Knaapen, A.M., et al., Inhaled particles and lung cancer. Part A: Me

11、chanisms. Int J Cancer, 2004. 109(6): p. 799-809.,,,,,,,奈米分子致癌機制,16,研究顯示特定大小奈米顆粒會促進細胞增生。動物實驗證實(注射)奈米顆粒會造成細胞轉性癌化現(xiàn)象。目前有關奈米顆粒促進體外細胞增生轉型癌化研究非常少，而且機制也不清楚。利用無菌電灑電漿系統(tǒng)，可大量、準確且長時間分析各種奈米顆粒對細胞毒性分析。,奈米顆粒致癌性分析,17,18,Hansen, T., et

12、 al., Biological tolerance of different materials in bulk and nanoparticulate form in a rat model: sarcoma development by nanoparticles. J R Soc Interface, 2006. 3(11): p. 767-75.,,18,細胞存活率試驗 (MTT assay),細胞凋亡試驗(Annexin

13、 V、TUNEL assay),細胞凋亡基因表現(xiàn)分析(real time PCR),細胞凋亡路徑分析,,細胞特性改變分析,,,,,,,細胞死亡,細胞增生,,抑癌基因表現(xiàn)分析,Anchorage-Independent,,Wounds Hearling分析,,裸鼠致腫瘤分析,,,,,,,奈米顆粒致癌性分析,19,,,,奈米顆粒毒性測試實驗動物模式建立,,,,奈米顆粒對人類細胞毒性影響,細胞壞死或細胞凋亡,器官功能受損,個體死亡,造成基因

14、突變,細胞特性改變,誘發(fā)癌癥,個體死亡,,,,,,,,,個體老化,,,影響生殖,物種存滅,,,20,斑馬魚是一種小型亞熱帶淡水魚?；蛐蛄屑s86%與人類相似。廣泛用於研究脊椎動物的胚胎發(fā)育，甚至推廣至疾病研究、藥物篩選、及毒物測試。目前正嘗試建立斑馬魚作為人類疾病模型。,21,斑馬魚實驗動物優(yōu)點:,它是脊椎動物，且具有近似人類的各種器官系統(tǒng)，例如：心臟血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)。適合用來研究脊椎動物的胚胎及器官發(fā)育。 它是體

15、外受精的動物，且早期胚胎是透明的，利於觀察發(fā)育過程中完整型態(tài)的變化。 斑馬魚的養(yǎng)殖設備比老鼠簡單，且花費也低。 斑馬魚成熟快，且繁殖力強，受精卵在 3、4 個月即可成熟繁殖下一代，且可於每 1、2 週內(nèi)交配，產(chǎn)出 100 至 300 個卵，利於遺傳學之研究。 斑馬魚可以很容易進行誘發(fā)突變及基因轉殖，利於研究基因功能。,,,22,,斑馬魚暴露奈米顆粒環(huán)境(不同於注射),LD50劑量分析,進入魚體途經(jīng)分析與累積器官分析,累積器官分布與