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体外模型由于其简单快捷,在毒理学评估中受到了很多关注。同时,发展可靠的体外模型也是所谓3R的需要(即减少,替代,优化)。然而,体外模型也需要进一步优化才能更好的反映体内的情况。近年来,我们课题组在发展体外模型研究纳米材料吸入毒性方面做了一些工作,现总结如下:在模型选择方面,我们对比了普通二维培养的A549细胞和基于Transwell的肺上皮模型,结果表明肺上皮模型对相同浓度纳米氧化锌的暴露相比普通二维培养的A549细胞更具有抗性,这可能是因为长时间细胞培养所导致的;在细胞选择方面,我们对比了永生化16HBE细胞和A549细胞系,结果表明高浓度的纳米二氧化硅仅仅对16HBE细胞有毒性,对A549细胞的活力没有明显影响。这可能是因为纳米二氧化硅仅仅引起了16HBE细胞的氧自由基生成。同时,通过定性和定量实验,我们也发现了16HBE细胞相比A549细胞内吞了更多的纳米二氧化硅,这可能是因为A549细胞系过度表达了ABC transporter,导致细胞能更有效的外排纳米材料。在微观环境方面,我们研究了肺表面活性剂成分DPPC(二棕榈酰磷脂酰胆碱)的影响。结果表明,DPPC能附着到纳米二氧化硅的表面,导致纳米二氧化硅表面力学性质发生变化,同时减少16HBE细胞和A549细胞对纳米二氧化硅的吸收,最终降低了纳米二氧化硅对16HBE细胞的毒性。然而,在THP-1巨噬细胞中,我们同样发现碳纳米管表面也能吸附DPPC,形成大约2nm厚的脂质层,但这种脂质层的形成没有改变THP-1巨噬细胞对碳管的吸收,碳管所致巨噬细胞的脂质蓄积以及炎症因子的释放也没有因为DPPC的存在而发生明显的改变。同时,碳管本身能引起THP-1巨噬细胞的内质网应激,而DPPC仅对碳管所致内质网应激有适度的增强作用。我们的结果表明,使用体外模型研究纳米材料吸入毒性的时候,细胞类型,肺表面活性剂的存在以及所选择的端点效应都可能影响最终的评估结论。因此,体外实验需要选择合适的模型来评估纳米材料的吸入毒性。