近日，浙江理工大学联合中国食品药品检定研究院、浙江大学医学院附属第二医院等单位合作在类器官用于纳米粒子毒理学评价方面取得重要研究进展。

图1. 构建肝脏类器官，金纳米粒子（GNPs）的评价过程及其毒理学机制。

金纳米颗粒（GNPs）已被广泛认为是生物医学应用的重要候选纳米颗粒。然而，由于其潜在的肝毒性，GNPs临床转化受到阻碍，其肝毒性的起源和潜在的关键因素仍不清楚，迫切需要一个有效和敏感的平台，深入了解GNPs体外肝毒性的潜在机制。浙江理工大学孔祥东教授团队构建了小鼠肝脏类器官模型（Hep-orgs），以金纳米球（GNSs）和金纳米枝（GNBs）为代表，合成了两种粒径相似、表面电荷相近，形状差异较大的GNPs，并研究了它们对Hep-orgs形态、细胞骨架结构、线粒体结构、氧化应激和代谢的形状依赖性影响。

本结果表明，与GNSs相比，具有较高顶端尖锐度的GNBs具有更显著的细胞毒性。进一步研究其毒性机制，发现GNBs的纳米尖峰结构导致Hep-orgs的氧化应激、代谢紊乱及线粒体膜和内质网膜的损伤。同时，在HepG2细胞和小鼠模型中也可以观察到类似的趋势，证明了Hep-orgs的可靠性。与HepG2细胞相比，Hep-orgs具有更加成熟的肝脏功能，在肝细胞骨架损伤、线粒体膜电位和肝损伤指标（ALT/AST）的检测中，具有更加灵敏的结果，并与小鼠体内结果保持一致。因此，Hep-orgs可作为从3D角度探索GNPs与肝细胞相互作用的有效平台，填补了2D细胞模型与动物模型之间的空白。这项工作进一步表明，在考虑纳米材料的生物医学功能之前，类器官可以作为快速筛选和探索纳米材料毒性机制不可或缺的工具。

图2. GNSs/GNBs对Hep-orgs结构和生理状态的影响。

图3. 与GNSs/GNBs对肝脏类器官线粒体及内质网膜的损伤。

孔祥东教授团队从2016年开始在国家基金支持下开展了类器官与生物材料及纳米药物评价领域的研究，取得重要研究进展，在Journal of Nanobiotechnology等多个期刊报道了类器官应用研究成果。目前，类器官技术研发涉及了医学、生物学、药学、生物材料、生物医学工程等学科交叉领域，类器官技术已在疾病模型、新药研发、再生医学、毒性评估、合成生物学等领域展示了重要应用前景。

作者简介：

第一作者张瑞：浙江理工大学材料科学与工程学院2021级博士研究生，主要研究方向是生物材料及类器官在纳米材料和纳米药物评价中的应用，已发表学术论文8篇，授权中国发明专利2项。

通讯作者章瀚：浙江理工大学材料学院特聘副教授，硕导，博士毕业于香港中文大学，主要研究方向：等离激元复合纳米材料的抗菌、抗肿瘤、体外检测等应用，已发表学术论文30余篇。

通讯作者韩倩倩：细胞生物学博士，研究员，硕士生导师，中国食品药品检定研究院医疗器械检定所副所长。国家级医疗器械GMP检查员，人类辅助生殖技术用医疗器械标准技术归口专家组副组长，医用增材制造医疗器械标准技术归口秘书处秘书长。博士毕业于中国科学院遗传发育所。曾赴欧盟进行为期3个月的医疗器械监管法规研修交流。从事无源医疗器械临床前安全性有效性评价和材料毒理学评价研究。担任SAC/TC110和SAC/TC248委员；医疗器械分类界定委员会委员(输注护理组)；医疗器械技术审评专家咨询委员会成员（医用材料工程组）；中国生物材料学会常务理事。作为负责人承担十三五、十四五科技部重点研发计划课题两项，中国科学院战略性先导科技专项课题两项，全军后勤科研计划重大专项课题一项。共发表学术论文50余篇，第一作者和通讯作者SCI累计影响因子60分以上,参与编著专著4部，以第一起草人制定医疗器械国家行业标准五项。

通讯作者孔祥东：浙江理工大学材料学院教授、博导，学院智能生物材料研究所所长。兼任中国生物材料学会理事以及仿生生物材料分会候任主委，浙江省材料研究学会理事，浙江省毒理学会理事以及临床药物治疗安全专委会副主委。主要研究方向：生物矿化及其仿生材料研究、纳米药物与基因治疗、肿瘤类器官及其应用。以主要完成人荣获国家自然科学二等奖、浙江省科学技术一等奖，入选浙江省151人才第二层次、浙江理工大学521拔尖人才。已发表学术论文150余篇，授权中国发明专利32项。

论文信息：

Rui Zhang, Dan Li, Ruibo Zhao, Dandan Luo, Yeting Hu, Shenyan Wang, Xiaolu Zhuo, M. Zubair Iqbal, Han Zhang*, Qianqian Han*, Xiangdong Kong*. Spike structure of gold nanobranches induces hepatotoxicity in mouse hepatocyte organoid models. Journal of Nanobiotechnology, 2024, 22: 92. https://doi.org/10.1186/s12951-024-02363-1

感谢国家自然科学基金（51672250），浙江省国际科技合作项目（2019C04020）和浙江省重点研发计划（2021C01180）基金的支持。