本文来自“科学美国人”中文版《环球科学》http://www.huanqiukexue.com/html/newqqkj/newsm/2014/0718/24637.html

图中所示的肝脏细胞易受到从消化道中进入的纳米颗粒的影响

图片来源：nih.gov

 

科学家们研发了一种微流体装置，它能够重现胃肠道与肝脏的相互作用，从而对纳米颗粒的毒性做出更真实的评估。科学家们已经利用该装置对肝脏组织进行了单器官实验，但是，在接下来的多器官实验中，它在低于预期水平的纳米颗粒浓度下探测到了肝脏组织损伤。

 

许多研究都仅关注纳米颗粒对医学的积极作用，但康奈尔大学的迈克尔?舒勒（Michael Shuler）实验室的研究员曼迪?艾施（Mandy Esch）却表示，她的项目正在检查纳米颗粒的不利影响。

 

这种“芯片人体”装置是一种迷你的人体模型，不过将人体的真实大小缩小了40万倍。Esch将装置分隔成不同部分，其中是与细胞培养物类似的各种组织。两条流体回路，将胃肠道模块的基底外侧与芯片、肝脏容器连接在了一起。

 

芯片以HepG2/C3A细胞（即人肝肿瘤细胞）代表肝脏，而模拟肠道的，则是肠上皮细胞类似物Caco-2（人克隆结肠腺癌细胞）和分泌粘液素的细胞类似物HT29-MTX的共培养物。我们将羧化聚苯乙烯（Carboxylated polystyrene）纳米颗粒进行荧光标记后，就能追踪它们在腔室之间的移动。而测量天冬氨酸转氨酶（aspartate transaminase）（细胞死亡后释放到培养基里的一种胞质酶）的浓度，就能知道肝脏的受损程度了。

 

研究发现，单个纳米颗粒和较小的纳米颗粒聚合物能够跨越胃肠道屏障，到达肝细胞。越过胃肠道后的颗粒，zeta电位有所增加，这表明，进入人体后，纳米颗粒的潜在毒性会提高。但是，大一些的纳米颗粒，也就是那些与细胞膜相作用并聚合成簇的颗粒，却被更加有效地拦截住了。

 

胃肠道是防止消化后的物质进入体循环的重要屏障。初期结果显示，肝细胞轻度损伤后会释放可溶性中介物，这些物质可能会损坏构成胃肠道的细胞，从而加重最初的损伤。而在之前的单器官实验中，这些不利影响并没有显现出来。

 

美国哈佛大学的生物工程师金贤政（Hyun Jung Kim）认为，改造后的微型设备能够重现出特化的多细胞构架；这样的设备非常重要，它有助于成功地评估纳米颗粒吸收水平及其对肝脏的毒害作用。他认为，艾施团队的这项研究 “强调了微流体芯片器官技术的重要性，这项技术能够为药物和环境颗粒物的吸收、代谢和毒性机理研究提供新的体外试验工具。”

 

未来的实验会采用组织的三维构建，这会使模拟更加真实，并为观察到更可靠的生理行为提供可能。（翻译：常青  审校：黄安娜）

 

 

原文链接：http://www.scientificamerican.com/article/body-on-a-chip-hints-that-nanoparticles-could-damage-organs/