Multi-endpoint, high-throughput study of nanomaterial toxicity in Caenorhabditis elegans.
Multi-endpoint, high-throughput study of nanomaterial toxicity in Caenorhabditis elegans.
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DOI：
10.1021/es5056462
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发表时间：
2015-02-17
影响因子：
11.4
通讯作者：
Zhong, Weiwei
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Jung, Sang-Kyu;Qu, Xiaolei;Aleman-Meza, Boanerges;Wang, Tianxiao;Riepe, Celeste;Liu, Zheng;Li, Qilin;Zhong, Weiwei
蓬勃发展的纳米技术产业引起了公众对工程纳米材料（ENM）对环境健康和安全影响的担忧。需要高通量测定来获取数量快速增加的 ENM 的毒性数据。在这里，我们提出了一套高通量方法，以秀丽隐杆线虫为模型研究完整动物的纳米毒性。在人口层面，我们的系统测量数千只动物的食物消耗，以评估人口健康状况。在生物体层面，我们的自动化系统分析了数百只动物的体长、运动速度和寿命。为了证明我们系统的实用性，我们应用该技术测试了 20 种纳米材料在四种浓度下的毒性。只有富勒烯纳米颗粒 (nC60)、富勒醇、TiO2 和 CeO2 显示出很小的毒性或没有毒性。不同形式的碳纳米管、石墨烯、炭黑、银和气相二氧化硅纳米颗粒均检测到不同程度的毒性。氨基富勒烯和紫外线照射的 nC60 也显示出较小但显着的毒性。我们进一步研究了纳米材料的尺寸、形状、表面化学和暴露条件对毒性的影响。我们的数据可在开放式纳米毒性数据库 www.QuantWorm.org/nano 上公开获取。
The booming nanotech industry has raised public concerns about the environmental health and safety impact of engineered nanomaterials (ENMs). High-throughput assays are needed to obtain toxicity data for the rapidly increasing number of ENMs. Here we present a suite of high-throughput methods to study nanotoxicity in intact animals using Caenorhabditis elegans as a model. At the population level, our system measures food consumption of thousands of animals to evaluate population fitness. At the organism level, our automated system analyzes hundreds of individual animals for body length, locomotion speed, and lifespan. To demonstrate the utility of our system, we applied this technology to test the toxicity of 20 nanomaterials under four concentrations. Only fullerene nanoparticles (nC60), fullerol, TiO2, and CeO2 showed little or no toxicity. Various degrees of toxicity were detected from different forms of carbon nanotubes, graphene, carbon black, Ag, and fumed SiO2 nanoparticles. Aminofullerene and UV irradiated nC60 also showed small but significant toxicity. We further investigated the effects of nanomaterial size, shape, surface chemistry, and exposure conditions on toxicity. Our data are publicly available at the open-access nanotoxicity database www.QuantWorm.org/nano.
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