多模式方法在纳米粒子毒性评估中的应用（从体外实验到体内实验的外推概念框架）

《Nanotoxicology》：Multimodal approach to nanoparticle toxicity assessment (conceptual framework for in vitro to in vivo extrapolation)

本研究提出一种新型多模态框架，用于评估铁氧化物纳米颗粒（SPIONs）的时间依赖性毒性，以改进体外到体外的转化（IVIVE）。该框架整合了Caco-2细胞和线虫（C. elegans）的实验数据，通过顺序数学建模和神经网络分析，考虑了纳米颗粒的细胞摄取、内运输及降解等复杂时间依赖过程，揭示了纳米颗粒摄取量、铁水平、氧化应激与细胞存活率之间的强相关性。经实验数据验证的数学模型可计算IC50值并促进物种间外推，预测相关系数R2>0.85，为减少纳米毒性评估中的动物实验依赖提供新方法。

　　

摘要

本研究提出了一种新颖的多模态框架，用于评估氧化铁纳米颗粒（SPIONs）的时变毒性，旨在改进体外到体内的外推（IVIVE）方法。该框架整合了来自Caco-2细胞和秀丽隐杆线虫的实验数据，并结合了顺序数学建模和神经网络分析。通过考虑细胞摄取、细胞内运输以及SPION降解等复杂且具有时间依赖性的过程，该方法能够准确反映纳米颗粒的独特毒理学特征。体外实验在96小时内监测了细胞毒性、活性氧（ROS）的产生以及抗氧化酶的表达情况，发现纳米颗粒的摄取量、铁含量、氧化应激与细胞存活率之间存在显著相关性。经过实验数据验证的数学模型可以计算IC50值，并有助于跨物种间的外推。这种综合方法的应用使预测相关性的R2值超过0.85，为未来减少纳米毒性评估中对动物实验的依赖性带来了重要前景。