【欧盟化妆品纳米材料安全评估技术进展】化妆品纳米材料系统暴露量的计算方法

□ 刘杵胜 苏哲 张海元 王晓炜 王钢力

纳米颗粒能够穿透细胞膜屏障，到达一些预期之外的体内位点。经短时暴露累积在次级器官中的小部分纳米颗粒，可能不会体现出对健康的不利影响，但纳米材料可能触发初级器官分泌效应调节介体，并释放到血液中，在心血管系统和其他部位诱发不良影响。此外，在慢性暴露期间（如通过肺部或肠道），次级器官中的纳米材料浓度可能积累到足以影响健康的程度。因此，化妆品纳米材料在整个生物体内的毒物动力学是毒理学研究的重要组成部分。

纳米材料毒物动力学概况

相较于可溶性化学物质，纳米颗粒在不同器官的吸收存在较大差异，这主要因为纳米材料与可溶性物质在吸收和生物动力学行为方面受不同过程支配。

与多数分子基于扩散梯度驱动的转运不同，纳米颗粒是基于胞吞作用或其他主动（能量驱动的）跨细胞转运。单核吞噬系统细胞能将颗粒从血液循环中清除，最终集中于肝脏、脾脏等富含吞噬细胞的器官。不可降解的颗粒一般无法代谢，但银纳米颗粒等部分颗粒可能发生缓慢溶解，逐渐形成离子和较小的颗粒。当颗粒发生缓慢溶解时，需同时考虑以可溶物质形式存在的溶解部分，以及剩余颗粒部分的毒物动力学。对于溶解部分，经典暴露场景及后续的风险评估，可以参考欧盟消费者安全科学委员会指南（SCCS/1602/18）。纳米颗粒发生溶解前，毒物动力学主要取决于纳米颗粒的颗粒性质，需要重点考虑纳米颗粒/材料可能发生溶解的位点（如胃、小肠、肝脏）。

纳米颗粒的分布可能是由载体介导的，可能受到表面蛋白冠形成和其他转化的影响。纳米材料的聚集和团聚使其跨生物屏障的运输更加复杂。纳米颗粒一般可以从血液中快速移除，主要分布于肝脏和脾脏，也可能分布于肺部、大脑和睾丸。在任何情况下，都不可从溶解态物质的毒物动力学推断该物质的纳米材料的毒物动力学，而需要通过实验测定。

经合组织测试方法417（OECD TG 417）主要针对由扩散/灌注和代谢过程控制的化学品的毒物动力学，不针对颗粒的毒物动力学，两者在吸收、分布和清除方面存在本质不同。一般认为，OECD TG 417不适用于纳米材料，因为该方法所建议的暴露和暴露后观察的时间点不适合纳米材料。同时，该方法没有考虑测试项目准备以及吸入途径等方面。此外，暴露条件的较小变化也可能对纳米颗粒动力学行为产生重大影响，特别是对于吸入相关研究，而该方法在这方面未作充分考虑。

近年来，越来越多的国家和地区颁布实施了化妆品动物试验禁令，系统暴露量的估算主要依靠测定跨体外生物屏障转运能力，如经皮、经口和吸入的体外模型，针对某些纳米材料已开发了生理药代动力学模型。此外，国际标准化组织纳米技术委员会发表了一项关于纳米颗粒毒物动力学的概述，经合组织正在考虑修订OECD TG 417，增加纳米材料毒物动力学相关内容，或单独起草纳米材料毒物动力学准则。但现在纳米材料生理药代动力学模型以及计算机模型工具仍处于初级阶段。

纳米材料吸收量的测定/估计

化妆品原料的主要暴露途径有经皮、吸入和经口摄入，纳米材料吸收量的测定/估计需了解是否会通过这些途径导致系统暴露。以前主要通过体内实验，对血液、组织和排泄物进行化学分析，评估常规化妆品原料的系统暴露情况。体外模型能够提供物质潜在的跨生物屏障转运/吸收信息。OECD TG 428可用于评估常规化学品的皮肤吸收量；对于其他生物屏障，目前尚没有已验证的准则用来估算转运率，但有评估胃肠道和肺部吸收量的方法。

目前，可以通过先进的2D和3D多细胞共培养体外模型评估纳米材料跨越不同生物屏障的吸收量，此类模型可高度模拟体内解剖结构以及体内器官和屏障功能，如肺、肺泡和胃肠道等。针对肝脏、肾脏、血脑屏障等内部器官和屏障的体外模型，可以提供纳米材料潜在内部分布、代谢和排泄的信息。通过研究纳米材料在相关生物液体中的溶解速率或稳定性，可以了解该物质摄入后是否仍以纳米形式存在，通过存在形式进一步分析其体内分布情况。

如果有数据证明纳米材料存在系统吸收，则需要进一步研究确认所吸收的材料是以颗粒形式还是以溶解/代谢形式存在。如果无法通过实验数据或基于纳米材料的溶解度/降解确定纳米颗粒的吸收情况，SCCS采用默认方法，假定全部吸收材料以纳米颗粒形式存在。但这并不意味着颗粒形式的化学物质具有更大的潜在毒性，根据纳米材料的化学组成，某些材料的溶解/代谢形式可能比其颗粒形式更具毒性，在进行安全评估时必须考虑这一情况。

需要注意的是，无论经何种摄取途径进入人体，都有部分纳米颗粒被吸收至血液并出现系统分布。目前已有可用的“生物动力学模型”，如人体呼吸道模型（HRTM）和经口暴露的人体消化道模型（HATM）。这些模型结合生理药代动力学（PBPK）/生理毒物动力学（PBTK）模型，可以计算系统暴露量、排泄量和组织吸收剂量。