斑马鱼毒性试验

背景：纳米技术以纳米级材料的设计、开发、描述和应用著称。由于在形状、大小、表面和化学性质方面可以进行多方面的修改，其应用范围不断扩展。纳米材料的表面可以根据其应用如药物传递来调节，纳米材料的生物相容性可以被修饰，靶向配体可以增强它们的细胞特异性靶向性。人们正在使用各种各样的商用纳米颗粒，如（1）银纳米粒子用于床单和衣服，（2）二氧化钛纳米粒子可用于不同的化妆品、洗液和面霜中。（3）碳纳米颗粒用于摩托车和自行车，（4）粘土纳米颗粒用于啤酒瓶。事实上，越来越多的文献记录了广泛的工程化纳米颗粒/纳米材料的毒性问题，如碳纳米管、富勒烯、石墨烯金属纳米颗粒、金属氧化物纳米粒子、晶体材料、非晶材料和纳米聚合物。

斑马鱼：一种受欢迎的实验动物模型：斑马鱼作为现代实验动物模型的全球认可度正在逐渐增加。该动物模型的成人和胚胎阶段都在毒理学和生物医学研究领域中广受欢迎。其体积小，高繁殖率，快速成熟，透明的胚胎和默认的遗传背景。我们还可以找到关于斑马鱼实验的大量文献。斑马鱼是一种小型动物可以毫无困难地进行处理。卵孵化迅速，在受精后120小时幼虫可以开始进食，表明从该点开始对斑马鱼幼虫进行实验。另一个优点是胚胎是透明的，早期幼虫阶段所有的细胞都可以观察到。器官和组织也可以很容易地在体内可视化，并可以立即检查。斑马鱼具有较高的繁殖力，产生大量的胚胎。例如，雌性动物在极限条件下每周产卵300个左右。这可能导致雌性每公斤产卵量为300000个卵。可以在实验室水族箱中加入植物和砾石。也观察到卵迅速孵化，器官迅速发生。其结果是，在幼虫受精后5～6天内发育出主要器官。雌性的大小可以达到38毫米，而雄性平均尺寸为35毫米，重量分别为0.9和0.6克。斑马鱼的另一个主要优点是这种动物模型的心血管、神经和消化系统与哺乳动物相似。斑马鱼和人类有高度的基因组同源性。

斑马鱼模型的独特性：研究了几种模式生物以了解各种人类疾病及其遗传紊乱的机制。常用的生物有酵母、秀丽隐杆线虫、斑马鱼、小鼠、猴子。果蝇或线虫是研究与普通分子机有关的遗传功能事件的模型。这些模型有助于我们理解调控分子机制，如复杂的通讯蛋白或信号转导通路。脊椎动物模型系统，如小鼠、斑马鱼和猴子，与无脊椎动物模型生物相比是适合人类患病状态的模型。在整个脊椎动物模型中，广泛研究的是小鼠模型系统。在小鼠模型中，一些缺点是显著的，例如：（1）遗传学很困难；（2）母体胚胎操作和胎儿实验比较复杂；（3）发育阶段和生命周期比较耗时；（4）动物饲养和动物房设施开发成本高。由于斑马鱼具有与小鼠模型不同的优点，它成为一个重要的模型系统，可以连接发育、疾病和毒理学研究。在目前的情况下，斑马鱼可以表示为一个有趣的工具评估纳米粒子的毒性。

评价纳米微粒毒性的不同方法：孵化成果分析：斑马鱼的孵化是研究人员了解化学/纳米材料毒性的重要的方法之一。各种报告详细描述了斑马鱼胚胎发育阶段的时间跨度。根据Kimmel等人报告孵化发生在头3天内。Villamizar等人说明孵化事件与光相位对应的节律性模式有关。卵在受精后约2天开始孵化。成功孵化效率和胚胎毒性的相关性是评价毒性的重要参数。研究人员利用二氧化钛纳米颗粒，通过评估孵化成功率和暴露后几个小时之间的关系来了解孵化事件和胚胎毒性。有人发现，纳米二氧化钛可以导致斑马鱼胚胎过早孵化，有剂量依赖性。绒毛膜暴露于纳米颗粒后导致孵化抑制和胚胎死亡。他们还得出结论，纳米颗粒与孵化酶相互作用，它们负责毒性，而不是其离子形式。

胚胎器官发育畸形分析：胚胎和器官的畸形是毒性筛选的另一个参数。发育畸形包括不完整的器官发育不完全的身体部分，如眼睛或头部的形成和发展如不完整等身体部位的弯曲脊索畸形，肋畸形和缺乏色素沉着。Ali和legler表明暴露于低剂量化学物（壬基酚）后，斑马鱼胚胎发育畸形。Usenko等人在200ppb的浓度的C60，C70下观察到尾鳍畸形，暴露于2500ppb的C60(OH)24下出现卵黄囊水肿、心包水肿和胸鳍畸形。暴露于5000ppb的C60(OH)24下出现斑马鱼胚胎肿胀和延迟发育。可以利用斑马鱼模型筛选纳米材料的毒性曲线。