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作者解读:化妆品中金纳米材料的检测及其生物安全性评价研究 | MDPI Toxics

已有 627 次阅读 2022-11-24 16:01 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

引言

在化妆品领域中,金纳米材料 (Au NMs) 可通过增强渗透性、提高成分稳定性、控制活性成分的释放以及作为活性剂来发挥作用,可以克服常规化妆品理化性质上的某些局限性。然而,由于Au NMs种类繁多、理化性质各异,与化妆品中的某些基质成分会产生不同的相互作用模式,进而可能产生不同程度的毒性影响。因此,对嵌入化妆品中Au NMs进行理化性质鉴定和毒性评估是探究其安全性的关键,对于保障消费者使用安全以及Au NMs在化妆品中规范添加意义重大。

来自深圳市药品检验研究院的王晓炜主任中药师和刘杵胜博士以及中国科学院长春应用化学研究所的张海元研究员等在 Toxics 期刊发表文章,系统探究了嵌入化妆品中Au NMs的理化性质和生物安全性。


研究内容

市售化妆品中Au NMs的提取和鉴定

文章首先对市售掺有Au NMs的化妆品进行了Au元素分析,ICP-MS结果证明,Au是36种金属元素中含量最高的元素,达到1.83 mg/kg膏霜;进一步的单颗粒ICP-MS分析表明,化妆品中Au NMs的尺寸范围主要分布在15.3到59.4 nm之间。在从化妆品中提取Au NMs后,通过电子显微镜对其形貌进行表征,发现这些Au NMs大多呈现球状和棒状。由于化妆品中Au NMs的含量低,提取获得的Au NMs量不足以进行后续的毒性评估,因此,文章参考电镜结果,后续实验制备了三种不同尺寸的金纳米球 (Au NSs) 和三种不同长径比的金纳米棒 (Au NRs) 以模拟化妆品中添加的Au NMs,还原实际情况进行理化性质表征与毒性评估。

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图1. 含有Au NMs的商业面霜的分析。(A) 利用ICP-MS分析面霜中多种金属含量;(B) 利用单颗粒ICP-MS分析面霜中Au NMs的尺寸分布;(C) 提取出的Au NMsTEM图像。


Au NMs掺入化妆品膏霜前后的理化性质变化的考察

通过系统探究Au NSs和Au NRs掺入化妆品前后的理化性质变化,来考察化妆品膏霜基质对Au NMs的理化性质影响,为其生物安全性考察提供了理论基础。经对比,Au NSs和Au NRs在添加前后的表观尺寸、形貌和光学性质没有发生明显变化,但水合尺寸显著增大,并且zeta电位电负性增加。该现象可能是由于膏霜中某些成分通过物理吸附或化学键合的方式覆盖在Au NMs表面,从而导致了尺寸和表面电荷的变化。由此可知,膏霜的存在并未影响Au NM的等离子体特性,但可以显著影响其表面性质,从而可能会对其生物毒性产生不同程度的影响。

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图2. Au NSs和Au NRs提取前后的理化性质比较。(A) RSD的同质性评估;(B) 提取的Au NSs和Au NRs的TEM图像;(C) 原始和提取后的Au NSs和Au NRs的UV-Vis-NIR光谱比较;(D) 原始和提取后的Au NSs和Au NRs的水合尺寸比较;(E) 原始和提取的Au NSs和Au NRs的zeta电位比较。


Au NMs掺入化妆品膏霜前后的体内外毒性评估

采用人永生化角质形成细胞 (HaCaT) 和NIH小鼠作为研究对象,全面评估了Au NSs和Au NRs掺入膏霜前后的体内外毒性。将细胞活力、GSH水平、线粒体功能障碍等作为测定指标以评价细胞毒性,结果显示,Au NSs和Au NRs对HaCaT细胞表现出微弱或无细胞毒性,并且化妆品膏霜可以在一定程度上降低它们的细胞毒性。

此外,体内实验还表明,虽然膏霜的存在会增强Au NSs和Au NRs在无毛小鼠皮肤中的积累,但不能促进它们向血液和主要器官的运输。同时,化妆品膏霜的存在还可减轻Au NSs和Au NRs在超氧化物歧化酶 (SOD) 升高和丙二醛 (MDA) 减少方面的毒理学反应。其原因可能是膏霜中的某些成分覆盖在Au NMs表面,从而改变了其表面理化性质,最终引起了一定程度的毒性降低。

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图3. Au NM和Au NM-Cream对于线粒体功能的影响。(A) JC-1评估的线粒体膜电位;(B) MitoSox Red评估线粒体超氧化物生成。

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图4. Au NM和Au NM-Cream在无毛小鼠中的体内毒理学评估。(A) Au在皮肤中的积累含量情况;(B) SOD活性;(C) MDA含量;(D) 和 (E) 分别为涂抹了Au NM和Au NM-Cream的小鼠皮肤组织切片的H&E染色。


研究总结

本研究以实际化妆品中Au NM的添加情况为基础,从Au NM掺入前后理化性质变化的探究出发,通过体内外毒性实验,验证了添加Au NMs的化妆品的生物安全性。研究结果发现,Au NSs和Au NRs表现出微弱的或无明显的体内外生物毒性,并且化妆品膏霜可以一定程度上降低其毒性。由此可推测,Au NMs与化妆品膏霜中某些成分之间的相互作用可能在毒性增强或降低中发挥关键作用。由于缺乏关于化妆品膏霜各成分的确切信息,目前无法清楚了解这些相互作用。在未来的研究中,可以以自制膏霜作为研究对象,在分子水平上阐明这种相互作用的模式和过程,逐一剖析膏霜成分对纳米材料的理化性质及生物安全性的影响,这将有助于拓宽纳米材料在化妆品中的应用。


查看原文

Liu, C.; Wang, Y.; Zhang, G.; Pang, X.; Yan, J.; Wu, X.; Qiu, Y.; Wang, P.; Huang, H.; Wang, X.; Zhang, H. Dermal Toxicity Influence of Gold Nanomaterials after Embedment in Cosmetics. Toxics 2022, 10, 276.


Toxics 期刊介绍

主编:Demetrio Raldúa, IDAEA-CSIC, Spain

期刊发表与有毒有害化学物质和材料相关的学术文章,主题范围涵盖毒理学、生态毒理学、环境科学、环境工程、环境化学和流行病学等学科。期刊已被Web of Science、PubMed和Scopus等多个数据库收录。

2021 Impact Factor:4.472

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Time to Publication:36 Days

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