編輯嚴選奈米黏土的毒性檢測
編輯嚴選
2021/10/26閱讀時間約 5 分鐘
在前面的文章中，我們看到奈米黏土藉由它的吸附能力可以吸附黴菌毒素、抗菌和抗病毒，因而使動物生長表現上有所改善、降低動物死亡率。不過，我們仍需要擔心：「奈米黏土本身的吸附力，是否會傷害到細胞？」，畢竟細胞膜也是帶電的，我們不能保證保證黏土不會吸在細胞上、引發免疫反應、造成細胞死亡。因此，做為一個有潛力的抗菌材料，我們需要確保奈米黏土能夠在劑量內是安全的，那麼接下來，就讓我們介紹2個相關的檢測，也讓大家對於藥物毒性檢測有一定的概念吧！
首先研究發現許多奈米材料例如奈米碳管、二氧化鈦、氧化鐵或氧化鋅等，都會促進動物細胞產生發炎物質，形成發炎反應。之前我們介紹過的NADPH氧化酶在此時會活化，產生大量的活性氧物質(reactive oxygen species)，這種物質會到處搶別人的電子，所以會破懷體內其他生化反應，使細胞死亡。雖然過去我們發現奈米黏土可做為黴菌毒素吸附劑、抗菌劑、促進動物生長，甚至可做為藥物的運輸工具，在無數次實驗都認為是安全的，但是它畢竟是外來物，免疫系統不可能沒發現到它，加上製成奈米型態，大幅增加反應面積，因此做為一個有潛力的添加劑，奈米黏土到底會不會傷害細胞，是一個值得探討的議題。
體外細胞試驗
首先讓我們先了解在無其他因素下，黏土對細胞的直接影響如何？實驗中，我們在體外培養皿上培養細胞，觀察不同濃度的奈米黏土（62.5、125、250、500 和 1000 μg/mL）對細胞的作用，本此所用的細胞是中國倉鼠卵巢細胞 (Chinese Hamster Ovary cells, CHO cells)，會做細胞存活分析，它是以MTT來做檢測 (可測細胞存活率，詳情請看補充)；另外也會做LDH 測定 (也可觀測細胞存活率，詳情請看補充)，來觀測黏土的毒性，重複驗證實驗結果。
結果發現在細胞存活分析中，500 和 1000 μg/mL在接觸奈米黏土12小後才有發現細胞數的減少，而其他組則是24小時後細胞數才降低。而在LDH 測定則是隨著濃度的增加逐步提高細胞死亡率，但死亡率遠低於其他奈米無機物材料。所以可見它具有細胞毒性但毒性較弱。
雄性和雌性大鼠的十四天口服毒性研究
在講之前先介紹半致死劑量（Median Lethal Dose 50％，LD50），指的是給實驗動物一定劑量（mg/kg）的化學物質觀察14 天， 能造成半數（50 %）動物死亡的劑量即為半致死劑量，藉此我們可衡量此物質對生物的毒性。而若是氣體或液體則以半致死「濃度」(Lethal Concentration 50%， LC50)檢測。
在「體外」細胞試驗中，我們驗證了奈米黏土的毒性遠低於其他材料，算是通過了檢測，不過在「活體內」時也能確保其毒性不會過高嗎？
本實驗會以雄性和雌性Sprague-Dawley大鼠，每天餵食含有不同濃度奈米黏土的飼料，分別是低劑量（1500mg/kg）、中劑量（3000mg/kg）和高劑量（5700mg/kg）組，從死亡率來衡量奈米黏土的半致死劑量，並檢測體重與採食量有無變化。而14天後，各組大鼠皆無死亡且體重與採食量與對照組無顯著差異。
所以總結來說，奈米黏土不但毒性不高，且作為飼料添加劑也算安全，需要更高的劑量才有可能致死，確實是個相當有潛力的材料。
補充
- MTT檢測簡介：
一種常被使用，用來測細胞存活率的方法，MTT (3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide) 溶在水中會形成黃色溶液，進入細胞跟粒線體的琥珀酸脫氫酶 (succinate dehydrogenase) 作用，經過細胞代謝產生深紫色結晶，而若細胞死亡琥珀酸脫氫酶會被破壞，所以可以藉此恆量細胞的生理代謝能力和細胞的存活數。紫色愈深表示愈多細胞存活。 - LDH檢測簡介：
LDH (Lactate dehydrogenase) 是乳酸脫氫酶，存在於細胞體內，若是在體外發現則表示有細胞被破壞，所以檢測到的濃度愈高，表示此物質對細胞的毒性愈高。
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Thema科學咖啡館 感謝您的光臨！
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撰寫/種咖啡的五色鳥
校正/咖啡因成癮的蛾
圖解/想啡的貓
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參考文獻
Li, P. R., Wei, J. C., Chiu, Y. F., Su, H. L., Peng, F. C., & Lin, J. J. (2010). Evaluation on cytotoxicity and genotoxicity of the exfoliated silicate nanoclay. ACS applied materials & interfaces, 2(6), 1608–1613. https://doi.org/10.1021/am1001162
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