我们的肺部每天都暴露在大量有害的空气传播颗粒中。纳米颗粒由于其体积小，可能会到达人肺的敏感肺泡区域，即使在一次吸入后也会引发炎症，长期接触会导致心脏病、脑损伤和肺癌等严重疾病。在制造过程中，有毒纳米粒子可能会在材料的生产、加工、降解或燃烧过程中释放到环境中。尽管纳米毒理学模型取得了进展，但目前无论是体外测试还是计算机模拟测试工具都不能可靠地预测不良结果或替代体内测试。为了促进将更安全的材料引入我们的生活，

解锁细胞机制

在 Helmholtz Zentrum München，Tobias Stöger 博士的研究小组专注于改进对纳米颗粒和肺细胞之间相互作用的机制理解，特别是考虑到由此产生的炎症。与 SmartNanoTox EU 项目的合作伙伴合作，研究小组发现，对于某些材料，持久的炎症反应对纳米颗粒的单次暴露可能源于两个迄今为止未知的细胞关键事件：首先，隔离过程，即纳米颗粒的排泄固定复合物沉积在细胞表面上，其中包裹着生物分子。其次，所谓的纳米材料循环需要纳米颗粒在不同肺泡肺细胞类型之间的移动。

“凭借这些新见解，我们开发了一种更深入的综合方法，研究肺部炎症反应如何源自粒子-细胞相互作用。能够查明这两个关键事件的起源并定量描述它们是一项突破，因为它帮助我们建立了我们的预测方法”，Stöger 说。

离设计安全的材料开发又近了一步

研究人员仅使用来自体外测量的一小部分数据并将其与计算机模拟相结合，收集了有关纳米颗粒毒性的见解，并设法预测了与 15选定的材料。Stöger 补充说：“能够做出这样的预测意味着我们可以更接近于设计安全的材料开发。这将对新材料的安全性、速度和成本效益产生深远的影响。”

额外好处：无动物测试

目前，安全测试在很大程度上依赖于动物研究。虽然动物实验对于机械和慢性毒理学研究仍然必不可少，但它们不太适合在新材料的安全设计生产中进行预测性测试。本研究介绍了一种替代的无动物测试策略，能够进行高通量测试，并可与计算机模拟连接。