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[研究背景]纳米颗粒具有独特的物理、化学和生物特性,越来越广泛地被应用于生产生活的各个领域中。它们在这些领域的应用带来了巨大的经济效益,但同时也产生潜在的生物安全性与环境安全性等问题而引起世界范围的广泛关注。已有研究结果显示纳米颗粒可引起细胞代谢、凋亡、细胞周期、应激反应、细胞信号转导和炎症反应等一系列的毒性效应。纳米颗粒进入机体后可以转运到各器官,包括大脑和心脏等重要生命器官。转运可以是简单的物理性移位,还可以发生溶解(溶解大多数主要是物理过程,少数有化学变化)和蛋白结合等化学性过程。而多项研究结果表明纳米二氧化钛颗粒(nano-TiO2)易进入上皮和间质部位,nano-TiO2在肺灌洗液中只有20%的在巨噬细胞中可以被检出,提示大多数nano-TiO2颗粒在上皮细胞或转运到间质和循环系统,然而nano-TiO2颗粒究竟是如何被转运的,现有的研究并没有给出直接的证据。[研究目的]利用透射电子显微镜(TEM)观察nano-TiO2颗粒是否可以直接穿越大鼠肺气-血屏障,从而由肺进入血循环。旨在为nano-TiO2的生物安全性评价、危险度管理以及纳米材料在生物医学中的应用提供有益的资料,进一步促进纳米技术和纳米产业的健康发展。[研究方法]本实验采用大鼠支气管灌注实验探究nano-TiO2穿越肺气血屏障的过程,具体观察指标包括：①肺组织病理切片常规HE染色：观察肺组织结构改变及nano-TiO2颗粒在肺泡的组织大体(一般指肉眼可见的)分布；②应用透射电镜技术观察nano-TiO2颗粒在肺泡的微观分布及对肺泡超微结构的影响,特别是对肺气血屏障的作用,并结合X射线能谱仪定性nano-TiO2颗粒的存在；③利用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)检测灌注后大鼠静脉血中nano-TiO2颗粒在不同时间点的含量变化。[研究结果]1.材料表征X-衍射和透射电镜鉴定结果：试样中锐钛矿相和金红石相的比例为80%：20%,nano-TiO2材料均呈圆形晶体颗粒,测得其平均粒径约为25nm。2.肺组织光镜观察结果：对照组,大鼠肺泡结构正常,肺泡间隔较薄,肺泡腔干净,无明显炎症变化。Nano-TiO2灌注后2h组,肺组织无明显病理性改变,肺泡完整但呈现皱缩,少量纳米颗粒以团聚状态沉积在肺泡内表面,也有少量分布在肺泡隔。Nano-TiO2灌注后6h组,大量nano-TiO2颗粒团聚物分布在大鼠肺部的呼吸性细支气管、肺泡管、肺泡囊、肺泡和肺间质；肺组织出现明显充血、出血的病理性改变,肺泡腔内有明显的渗出和炎性细胞浸润。Nano-TiO2灌注后12h组,nano-TiO2颗粒团聚物在肺组织中的分布比6h组减少,但病理性改变更加明显,部分肺泡完整性遭到破坏,肺泡结构排列紊乱或肺实变,整个肺泡结构几乎不存在。Nano-TiO2灌注后24h组,肺泡表面少见nano-TiO2颗粒沉积,间质偶见小的团聚颗粒分布,肺泡充血消失,水肿减轻,肺泡也有所修复。3.透射电镜观察结果：在灌注后6h,肺泡腔内出现大量nano-TiO2颗粒大团聚物和链状小团聚物,肺泡腔内游离巨噬细胞形态结构完整,但胞质中有大量无膜包被的nano-TiO2颗粒团聚物。在气血屏障处,有些nano-TiO2颗粒团聚物粘附在肺泡上皮细胞上,有些nano-TiO2颗粒大团聚物已破膜进入气血屏障的肺泡上皮细胞内,有nano-TiO2链状小团聚物跨越肺泡上皮细胞和基膜进入毛细血管内皮。在灌注后12h, nano-TiO2在肺组织中分布与6h相似,可见nano-TiO2颗粒以不同方式穿越气血屏障,进入毛细血管腔,链状结构团聚物是直接穿越气血屏障进入的,块状团聚物以破膜的形式穿越气血屏障进入。在灌注后24h, nano-TiO2颗粒大量进入肺间质,肺泡隔明显增厚,接触nano-TiO2颗粒的细胞呈现细胞损伤,凋亡及坏死,细胞中出现大量空泡,细胞核缩小,线粒体肿大,脊散乱。在有nano-TiO2颗粒的Ⅱ型肺泡上皮细胞中生成大量板层小体,细胞表面微绒毛消失。4. ICP-MS结果：与对照组相比,nano-TiO2颗粒气管灌注组在各时间点(0、2、6、12、24和48h)全血Ti元素均高于对照组,但灌注组不同时间点间比较并没有发现明显差异。[结论]1)本研究实验条件下,25nm粒径的nano-TiO2颗粒支气管灌注后能够跨越气-血屏障进入血液循环,其中小链状结构团聚物是以直接穿越气血屏障进入毛细血管腔的,大块状团聚物则是以破坏气血屏障的形式进入毛细血管腔的。2)本研究实验条件下,25nm粒径的nano-TiO2颗粒支气管灌注后可造成肺充血、肺水肿、肺泡破坏和细胞凋亡等肺损伤。