监测空气污染物的一种新方法

空气中的污染物不仅可以从呼吸道吸入，还能通过皮肤吸收。这 .种途径都能引发局部毒性反应或者损害内脏，如肝、肾和大脑。气体或蒸气毒性传统实验中，实验动物暴露于致死或亚致死剂量的化学物中，这种方法因为昂贵、不符合伦理、不人道和费时而一直受到质疑。如今，位于澳大利亚悉尼市的新南威尔士大学（University of New South Wales，UNSW）的研究者们已经找到了一种不需要动物的替代方法，这种方法是利用人体细胞来检测空气毒物暴露的反应。

“离体实验为工业化学品、职业和环境污染物以及燃烧产物毒性检测开辟一条新途径。”UNSW安全科学学院化学安全和应用毒物实验室经理，研究小组负责人Amanda Hayes说。“另外，这种方法可以帮助研究人员探索纳米粒子对健康的影响，虽然纳米粒子对人类健康的影响所知甚少，但它们被越来越多地广泛应用到化妆品和药品领域中。”Ha yes说。这个项目为Ha yes 和他的同事hahnazBakand和 Chris Winder 赢得了2006年澳大利亚尤里卡奖（Eureka Prize），这个奖项用于奖励在澳大利亚自然科学领域作出的杰出贡献。

以细胞为基础模型

在传统的离体实验中，细胞在实验室内在细胞培养液覆盖的培养皿底部生长。被检测的污染物质溶解在液态培养液中，充满细胞周围。然而，对于评估因直接接触空气污染物所引起的损害来说，这个模型比较差。

Hayes和他的同事们通过在SnapwellTM可渗聚酯膜上培养人细胞，改进了传统离体实验方法。人细胞的种类，包括肺细胞A549，肝细胞 HepG2 和皮肤纤维原细胞，这些细胞种类代表着可能受空气毒物侵害的靶器官。一旦细胞黏附在膜上开始旺盛生长，就去除培养液上层，使细胞通过空气－液体交界面能够直接和空气污染物接触。同时，从下面供应营养物资以确保细胞能够健康生长。

下一步，细胞被分散在培养孔中暴露于空气污染物。然后，用常规的实验室检测方法测量细胞生长和能量代谢的变化。研究者们已经发现通过离体方法测得的毒性，诸如抑制细胞生长所需要的化学品量，与动物实验所得的致死剂量相类似。“离体毒性实验能促进科学、经济以及研究的伦理价值，它在替代动物方面起到非常重要的作用。”Hayes说。

测试概念

在一系列的实验中，澳大利亚研究小组通过检测甲醛（一种工业化学品，与人类肿瘤相关）；二氧化氮（一种引起炎症、肺水肿和肺炎的肺部刺激物）；火灾燃烧产物包括氰化物、硫化氢和氨；以及二甲苯和甲苯（两种挥发性有机化合物，在印刷、油漆和石油工业中存在）来论证了这种离体技术的可行性。上述任何一种化学物的环境和职业暴露都能引起局部和系统毒性。

在VOC研究中，3类细胞分别用0，2.5，5，10，15，20或30 mL的二甲苯或甲苯蒸气处理，暴露1个小时后，用MTS实验（检测生长细胞数量）和NRU 实验（检测细胞膜稳定性）测量细胞的细胞毒性。所有3类细胞中均显示空气中的甲苯和二甲苯抑制了细胞生长，呈剂量－效应关系，并且MTS和 NRU 实验均得到了相似的结果。

利用上述结果，研究人员计算了空气的IC50值，或者半数阻止细胞生长的化学品浓度。二甲苯对3种细胞的 IC50 值范围为 5350 至8200 ppm，毒性大约是甲苯的2倍，甲苯的IC50 值为10500 至16600 ppm。上述离体实验得到的值与已经发表的动物急性吸入测得的数据结果一致性非常好。LC50 值（半数致死量，即让半数实验动物死亡的化学品浓度）是从国立职业安全与健康研究所的（NIOSH）化学物质毒性作用登记（Registryof Toxic Effects of Chemical Substances）中老鼠在二甲苯或甲苯中暴露4小时后测定得到的。二甲苯LC50 值5000 ppm 和甲苯LC50 值13000 ppm 与Hayes和她的同事们从人肺、肝和皮肤细胞中计算得到的 IC50 值范围一致。这项结果发表在2006年1说出版的《环境监测杂志》（Journal of Environmental Monitoring）上。

发表在2006年8月1日《毒物学来信》（Toxicology Letters）上的另一项研究中，研究人员把肺 A549 细胞暴露在浓度2.5～10 ppm的二氧化氮中。 Hayes 发现在OSHA允许暴露水平5 ppm时，细胞就有显著的副反应，因此她建议工作场所暴露标准可能需要重新评价。

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