纳米材料通常是特征尺寸在1-100nm的极细材料,容易通过吸入,摄入及皮肤接触进入生物体内。纳米材料的种类繁多,在涂料、催化剂、半导体、化妆品、食物添加剂、电子元件和药物载体等商业化产品有着广泛的应用。研究表明,随着人体接触纳米材料的机会增加,纳米材料作用于人体会导致一系列的生物学反应。因此,纳米材料的生物安全性日益引起人们的关注。目前,纳米毒理学还没有建立一套独立,完善的纳米材料毒性评价方法,其主要检测手段主要是借鉴传统的环境有毒物毒理学评价方法。而纳米材料独特的颗粒效应,亟需发展一种准确、高效、简便、并适于纳米材料毒性评估的检测方法。本论文首先构建了以AP-1、BTG2、IL8启动子为基础的双荧光报告质粒(pAP1-MC-EGFP、pBTG2-MC-EGFP 及 pIL8-MC-EGFP),均以绿色荧光蛋白EGFP和红色焚光蛋白mCherry为报告基因,组成型启动子(cytomegalovirus,CMV)控制下游的绿色荧光蛋白EGFP,而诱导型启动子(AP-1、BTG2或IL8启动子)控制下游红色荧光蛋白mCherry表达。组成型表达的EGFP用于监测转染效率,而诱导型表达的mCherry荧光信号用于精准反映启动子的活性。将上述三种双荧光报告基因质粒分别转染哺乳动物细胞,建立相应的细胞生物传感器,用于反映致癌毒性、DNA损伤及炎症反应。通过对细胞生物传感器的优化,成功将其应用于纳米材料生物毒性效应的评估及环境因子对纳米材料生物毒性效应的影响,初步探讨纳米材料暴露下细胞内基因表达调控机制,从而为研究纳米材料影响胞内特定基因的表达提供重要信息。同时,结合传统的生物毒性检测手段,采用细胞生物传感器初步探究了纳米氧化钛的细胞毒性和基因毒性。本论文主要研究方结果如下:1、本论文构建了新型的双荧光报告质粒pAP1-MC-EGFP、pBTG2-MC-EGFP、pIL8-MC-EGFP,分别建立传感器细胞 H1299-AP1、H1299-BTG2、H1299-IL8,通过比较细胞类型、培养条件、流式分析策略等对检测结果的影响,对该细胞生物传感器检测纳米材料生物毒性的实验体系进行了优化。在检测灵敏度和准确性等方面得到显著提高。同时,与传统的生物检测方法(Western Blot、RT-PCR、免疫荧光细胞化学)得到的实验结果相比,细胞生物传感器检测结果与其具有良好的·致性。2、利用流式细胞术,将细胞生物传感器成功应用于纳米材料生物毒性的检测。结果显示,不同种类的纳米材料引起的基因转录活性差异很大。其中,碳族纳米材料基本不影响胞内AP-1启动了的转录活性,而金属及金属氧化物纳米材料增高了胞内三种启动子的转录活性,且存在浓度依赖性,具有较强的致癌性、DNA损伤、免疫炎症反应等生物毒性。3、金属及氧化物纳米材料在不同的环境因子(老化、UVA辐照、富里酸)影响下,其细胞毒性也发生了很大的改变。老化可能增加纳米银和纳米氧化钛的毒性风险;FA可能会降低纳米银和纳米氧化钛的生物毒性;UVA辐照对纳米材料生物毒性的影响与材料种类有关。4、结合传统的生物毒性检测方法,细胞生物传感器初步检测了纳米氧化钛的细胞毒性和基因毒性。结果显示,5 nm、15 nm氧化钛未检测出明显的细胞活力或存活率的下降;15nm氧化钛增加了胞内AP-1、BTG2和IL8基因的转录活性,可能具有较高的致癌毒性、DNA损伤、细胞炎症等毒性效应;15 nm氧化钛引起了较高的DNA损伤,但并未导致基因突变,可能是由于及时启动了胞内的DNA修复机制,完成了损伤修复,也未导致细胞发生基因突变。