食品级二氧化硅纳米颗粒（E551）在人体消化道细胞中的体外毒性评估

《In vitro models》：In vitro toxicity evaluation of food-grade silica nanoparticles (E551) in human digestive tract cells

纳米二氧化硅（E551）通过超声和搅拌分散制备的两种粒径（238-299nm和1300-1600nm）在体外细胞模型中未显示急性毒性，但引发浓度依赖的形态学改变（微绒毛伸长至表面解体）和促炎因子MCP-1、VEGF的剂量依赖性表达。研究强调分散方法对纳米毒理学评估的关键作用，并建议开展长期和免疫学研究。

　　

摘要

合成无定形二氧化硅（SAS，E551）是最常用的食品添加剂之一，但其纳米级成分的潜在生物效应仍存在不确定性。在本研究中，我们在人体消化道细胞模型中对食品级SAS纳米颗粒（NPs）进行了计量学上一致的体外评估。详细的物理化学表征证实了其无定形结构和高纯度（EDS、XRD）。分散工艺产生了两种不同的粒径分布：超声波处理（分散A，约238–299纳米）和搅拌处理（分散B，约1300–1600纳米）。动态光散射（DLS）显示培养基中的胶体不稳定，粒子的ζ电位从水中的-26 mV降至DMEM培养基中的约-9 mV。人类结直肠上皮细胞（Caco-2）和牙龈成纤维细胞（HGF）暴露于19.8–200 μg/mL的SAS中72小时。MTT检测显示细胞存活率保持在75%以上，实时阻抗分析（xCELLigence）证实细胞增殖曲线与对照组相当。未观察到细胞内活性氧种类的增加，尽管透射电子显微镜显示颗粒通过内吞作用被摄入细胞质囊泡中。细胞因子分析仅显示出离散的、剂量依赖性的变化，其中HGF的MCP-1和Caco-2的VEGF仅在较低浓度下有所增加。扫描电子显微镜（SEM）观察到了浓度依赖性的超微结构变化，从19.8 μg/mL时微绒毛的伸长到200 μg/mL时顶端表面的紊乱。这些结果表明，在测试条件下，食品级SAS不会引起急性细胞毒性，但可引发胃肠道细胞的亚细胞毒性以及适应性的形态和分泌改变。我们的结果强调了分散工艺在纳米毒理学中的关键作用，并支持基于证据的E551监管，同时指出需要开展长期和免疫学研究以进一步完善其安全评估。