第12章体外试验与新生物技术在毒理学中的应用

新技术在毒理学中的应用08级食品质量与安全（3）班戴黛08118065摘要：近20年来，毒理学领域发生前所未有的巨大进展，而这些进展的取得，在很大程度上得益于科学新思想的渗透和新技术的应用。

特别是细胞生物学和分子生物学理论和技术的飞速发展，给毒理学研究提供了新的思维和研究工具，改变了毒理学研究的基本格局，使毒理学研究从经典的整体器官水平向细胞和分子水平飞跃。

纵观近年来毒理学的发展历程，一些常用的分子生物学技术，如PCR技术、核酸杂交技术、DNA测序技术以及一系列突变检测技术已广泛应用于外源化合物和环境致癌物引起的DNA损伤、基因突变、加合物形成及癌基因和抑癌基因研究等方面。

特别是近年来基因差异分析技术、转基因技术、基因芯片技术等分子生物学新技术的建立和引入，大大提高了毒理学研究的整体水平。

关键字：毒理学细胞生物学分子生物学正文：“民以食为天”，饮食是人类社会生存发展的第一需要。

现在，人们已经把食品的安全性作为食用的重要原则和取舍标准。

可是，近年来，因为食品污染造成的急性食物中毒事件越来越多，随着食品的数量和种类日益丰富，如何提高食品的质量和安全性已经成为了社会公众普遍关注的问题。

毒理学就是研究外源化合物对生命机体损伤作用及机制的一门科学。

所谓外源化合物是指存在于人类生活的外界环境中，可能与机体接触并进入机体，在体内呈现一定生物学作用的化学物质。

主要有人类在食品生产、加工中使用的物质和食物本身生长中存在的物质。

外环境中的多种有害因子，包括物理因子、化学因子和生物因子等，通过不同途径作用于机体，引起机体的器官组织结构和功能的改变，而这些改变都是要通过细胞结构与功能的变化反映出来的。

因此，细胞毒理学研究是用细胞进行毒理学研究，应用体外培养模型对环境有害因子进行检测，评价其对人体可能产生的危害。

分子生物学水平上毒理学则是在毒理学发展过程中，受到分子生物学理论和技术促进而发展起来的，从分子水平上研究外源化合物与生物机体相互作用的一门学科。

分子毒理学研究中的体外与体内模型近年来，随着工业化进程的不断加快，环境中的污染物也变得越来越多，这些污染物经常会进入我们的身体，对我们的健康造成很大的影响。

为了更好地理解和评估这些污染物对我们身体的影响，分子毒理学研究可以提供很好的支持。

因此，在分子毒理学研究中，体外和体内模型不可或缺。

体外模型是指在实验室中对生物体外部进行研究的模型。

体外模型可以从分子水平探寻作用机制，也可以用来筛选和验证新的化合物的毒性。

常见的体外模型有细胞培养系统、酶试剂盒、分子建模等。

其中，细胞培养系统是最常见的体外模型，它可以模拟人体组织、器官，通过细胞生存、增殖和合成的变化来研究物质毒性的影响。

此外，酶试剂盒也是常用的体外模型，通过检测酶活性来评估化合物与酶之间的相互作用，从而研究其作用机制和毒性。

然而，体外模型也有其局限性。

它无法模拟生物体内的复杂情况，例如生物体内液体的水平变化、代谢产物和体内环境变化都会导致细胞生存状态的改变。

此外，化合物在体外模型中的作用与其在人体内的作用会有所不同，因此体外模型无法精确预测生物的毒性。

因此，为评估药物和污染物的毒性，需要使用更准确的体内模型。

体内模型是将化合物注入动物体内或使用组织切片等方法，在生物体内进行研究的模型。

由于体内模型可以模拟真实的生物体内环境和生物过程，因此更能够准确评估化合物的毒性和人体对其的反应。

同时，体内模型也可以模拟化学物质在人体内的代谢反应，并可以预测此过程对生物的影响。

例如，在药物研发中，研究人员可以在动物体内进行药物代谢和药物动力学研究，以评估其安全性和疗效。

与此同时，体内模型也存在局限性，例如注入动物体内会影响其生理机能，不同种类和个体的动物对化合物反应也不同。

此外，高成本和高动物使用量也是体内模型的不足之处。

因此，研究人员需要在良好的动物福利、伦理和道德框架下使用体内模型来解决这些问题。

因此，在分子毒理学研究中，体外和体内模型都起着不可或缺的作用。

生物毒理学的研究与应用生物毒理学是应用生物学、药理学、毒理学等多学科知识，探究毒物对生物体产生的毒理学效应及其机理的一门学科。

生物毒理学的研究与应用在生产实践、环境保护、公共卫生、食品药品安全等领域都有广泛的应用。

一、生物毒理学研究的基本方法生物毒理学研究通常包括毒物承口、吸入和接触三种途径的毒性作用，还需探究毒物对生物体产生的机理。

生物毒理学的研究方法主要分为动物实验和体外实验两大类。

其中，动物实验是生物毒理学研究的重要手段，可通过体内毒性实验、亚急性毒性实验、突变和致癌实验等，探究毒物对生物体产生的毒理学效应及其机理。

体外实验则是通过细胞毒性实验、酶制动力学等手段，验证生物毒理学的假设和理论模型，为动物实验提供支撑。

二、生物毒理学研究的应用领域1.环境保护生物毒理学研究可应用于环境化学品的风险评估、环境效应监测、水质检测等领域中，为环境保护提供科学依据。

例如，在某些高危的污染区域开展生物毒性测试，通过在中止那些不良物质对自然界中某些生物种源的繁衍情形的影响度量，推算在环境化学品释放后，自然界的生态损失和高危，可以据此采取更为有针对性的防治方法，达到环境保护的目的。

2.食品药品安全生物毒理学研究可应用于食品药品毒理学领域中，通过实验测定和毒敏感性研究，确定某些化学品、饲料或药物在动物体内的安全冲量，为食品药品的生产安全提供保障。

例如，在某种新型的口服药物研发实验中，常常需要通过动物毒性实验，评估药物在动物体内的副作用、安全冲量等因素，保证药物的生产、销售和使用的安全性。

3.公共卫生生物毒理学研究可应用于疾病的治疗和流行病监测，例如，在某些有关毒物中毒的疫情监测中，生物毒理学研究是评估毒物在人体内累积和影响人体内器官、细胞、蛋白质等生化变化的实验方法，通过实验结果可以评估疾病的病理过程和药物治疗方案。

4.生产实践生物毒理学研究还可以应用于生产实践中，例如，对于某些有毒化学品、化合物的生产过程，可以通过门嗅味试验、动物实验等方法评估其对生物体的影响，优化生产工艺，确保工人和环境的安全。

毒理学研究的新技术与方法随着社会的发展和科技的进步，毒理学研究的新技术和方法也在不断涌现。

这些新技术和方法旨在更准确、更快速地评价化学物质的毒性，为保护人类健康和环境生态提供科学依据。

在本文中，我们将简要介绍一些毒理学研究的新技术和方法。

一、“体外”检测技术传统的毒性测试主要是采用“体内”测试方法，即在动物身上进行毒性试验。

这种方法存在许多问题，比如说：1. 试验动物满足条件的数量困难，往往需要大量的试验动物，也就极大了整个体系的成本和时间开销。

2. 这种试验结果的可靠性存在较大的争议，因为即使两种动物属于同一种，但是其生理状态、代谢能力、能否耐受毒性物质等方面都有可能存在差异，所以在某些情况下，通过动物实验得到的结果可能与真实生态环境和人体情况存在较大差异。

针对这些问题，近年来科学家们开发出了“体外”检测技术，这种技术并未需要使用活体动物进行试验，能够极大地提高检测效率和减少实验成本。

现如今，“体外”检测技术已经成为毒理学领域热门研究方向，不断有新的技术被研发，比如人工智能辅助计算、荧光传感技术、生物芯片技术等。

二、毒性小分子研究毒素通常是指那些在人或某些生物体上引起不良反应的化学物质。

除了它们可能对人类的生命、健康和环境产生负面影响外，从科学角度看，毒素也同时作为天然的和合成的小分子，贡献着基础研究的重要成果。

关于毒性小分子的研究，传统上主要采用各种化学方法来分离、鉴定和表征。

但最近，许多机器学习和人工智能的新技术为毒性小分子研究提供了一个全新的视角。

利用机器学习结合各种基因组数据，我们可以更好地预测毒性以及有潜在毒性的小分子化合物的机理。

这种技术有望帮助科学家快速、准确地识别潜在毒性分子，并为药物研发和毒性评估提供指导，诸此端倪已经在药物开发等领域得到更快的进展。

三、3D打印技术和有机仿生材料传统上，毒性测试和药物研发严重依赖于动物实验，如同以上所示。

但是近来，随着3D打印技术和仿生材料的快速发展，可以创建非常接近人体器官的“人体器官模型”，从而代替动物实验，具有重大的意义。

中图分类号：R114;R99 文献标识码：A 文章编号：1002-3127(2021 )01-0072-05•综述•外泌体生物学体外模型及其在毒理学研究中的应用方道奎1，周国宏1,余淑苑\冯锦姝1,胡大林2(1.深圳市疾病预防控制中心，深圳市医学重点学科环境卫生学科，广东深圳518055;2.南方医科大学公共卫生学院环境卫生学系，广东广州510515)关键词：外泌体；细胞外囊泡；体外模型；生物标志；作用机制外泌体是分泌的膜结合囊泡，其中包含大量可以改变受体细胞中基因表达的核酸、蛋白质和脂质。

毒 物可以改变外泌体的合成及其生物活性内含物的成分，因此外泌体可以作为暴露与效应的生物标志。

尽 管人体和动物研究已确认器官毒性的外泌体生物标志，而体外模型是研究外泌体功能生物学机制的理想选择，在此领域进一步使用体外模型对于探索外泌体生物学在毒理学中的潜在应用至关重要。

本文对外泌 体在毒理学研究中的重要性，外泌体体外模型的应用及其在暴露相关疾病中的作用综述如下。

1概述近年来外泌体从被低估的细胞外囊泡成为生物学 前沿研究的热点。

其最早是在1980年代初被发现，最 初被视为是无意义的细胞废物处理机制。

最近的发展 推动了外泌体的研究，2019年发表了超过3 000篇与 外泌体相关的论文。

对其不断增多的研究兴趣主要归 因于以下3个方面。

首先，外泌体包含源自亲代细胞的蛋白质、脂质和核酸，可以提供有关亲代细胞状况的 信息；其次，外泌体可以从其亲代细胞迁移到可及的体 液，如血液和尿液，从而可用作生物监测；最后，外泌体 可以将内含物运送到其他细胞并改变其生理功能，这 对于理解细胞间通讯、疾病的病理学及新型疗法的发展具有重要意义。

迄今为止，在免疫学和癌症领域已经开展了大量的外泌体研究，研究重点主要包括发现新型的生物标志，了解外泌体在免疫调节、肿瘤形成及转移中的作用，以及外泌体药物的有效递送。

外泌体研究在毒理学方面的应用同样具有革命性的变化，虽然这方面的基金项目：国家自然科学基金（21677066);深圳市医学重点学科建设经费（SZXK067)作者简介：方道奎，硕士，副主任医师，研究方向：环境与健康通讯作者：胡大林.教授，博士生导师，研究方向：环境与健康研究还处于起步阶段。

毒理学研究中的生理学方法毒理学是一门研究化学物质对生命体系造成的危害和毒性机理的学科。

在毒理学领域，生理学方法是非常重要的工具，它们能够帮助我们了解化学物质对生命体系的影响，揭示毒性机理，评估风险并制定预防策略。

生理学方法包括体外研究和体内研究两种方式。

下面我们将分别介绍这两种方法以及它们的应用。

一、体外研究体外研究指的是在离体条件下进行的研究，也就是说，研究对象不是整个生命体系，而是从组织或细胞水平研究的。

1. 细胞毒性学方法细胞毒性学方法是体外研究中应用最广泛的方法之一，它利用细胞的生存、增殖和代谢等活动来观察毒物的毒性作用。

可以通过细胞增殖、凋亡、細胞周期、核酸合成等生物学指標来评价毒物的毒性。

细胞毒性学在物质的毒性预测、毒物机理的研究、毒物筛选和替代试验等方面都有重要应用。

这些方法具有操作简便、成本低廉、可重复性强、毒性评价结果快速等优点。

2. 代谢互作法代谢互作法是利用细胞的代谢系统模拟体外毒物代谢和毒性作用的方法。

该方法通过引入人工合成的代谢酶体系来模拟毒物的代谢环节，评估对药物和污染物的毒性和代谢特征，从而在体外更真实地模拟体内毒物代谢状况。

3. 蛋白质学方法蛋白质学方法是利用质谱技术、蛋白质芯片等手段，研究化学物质对细胞蛋白质组成和蛋白质相互作用的影响。

相较于传统的细胞毒性学方法，蛋白质组学分析有更强的发现性和信息量。

它可以揭示化学物质对细胞信号途径、逆转录酶、核酸合成和蛋白质结构的影响，从而帮助我们更好地理解毒物的毒性机理。

二、体内研究体内研究指的是在整个生命体系内进行的研究，它涉及到整个生物体的细胞、组织、器官、系统等层次。

在毒理学研究中，体内研究是不可或缺的一种手段。

1. 动物实验动物实验是体内研究中常用的一种实验手段。

其主要方案是在动物体内注入一定剂量的化学物质，然后观察动物体征、生化指标和组织病变等变化，评估其毒性。

动物试验的优点包括能够有效评估毒物的急性和慢性毒性、毒性机理和剂量-效应关系。

第十三章食品安全性毒理学评价确保食品安全和人体健康，需要对食品进行安全性评价。

食品安全性评价主要是阐明某种食品是否可以安全食用，食品中有关危害成分或物质的毒性及其风险大小，利用足够的毒理学资料确认物质的安全剂量，通过风险评估进行风险控制。

食品安全性评价在食品安全性研究、监控和管理上具有重要的意义。

第一节毒理学安全性评价的概念和发展进程一、基本概念1. 安全与安全性在毒理学学科，安全(safe)是指一种化学物质在规定的使用方式和用量条件下，对人体健康不产生任何损害，即不引起急性、慢性中毒，亦不至于对接触者(包括老、弱、病、幼和孕妇)及后代产生潜在的危害。

安全性(safety)则是一种相对的、实用意义上的安全概念，是指在一定接触水平下，伴随的危险度很低，或其危险度水平在社会所能接受的范围之内的相对安全概念。

安全性和危险度实际上是从不同的角度反映同一个问题。

2. 可接受危险度水平在实际生活和工作中，任何活动都伴随一定程度的危险性，绝对的安全即零危险度是不存在的。

当接触某种化学毒物人群发生某种损害的频率接近或略高于非接触人群，那么这一频率可作为该化学毒物对人体健康产生危害的可接受危险度水平(acceptable risk level)。

3. 实际安全剂量与可接受危险度相对应的接触剂量是实际安全剂量(virtual safe dose，VSD)。

例如在终生致癌试验中，引起肿瘤发生率接近或相当于可接受危险度水平的化学毒物剂量即可作为这种化学毒物致癌作用的实际安全剂量。

4. 毒理学安全性评价通过动物实验和对人群的观察，阐明某种物质的毒性及潜在的危害，对该物质能否投放市场作出取舍的决定，或提出人类安全的接触条件，即对人类使用这种物质的安全性作出评价的研究过程称为毒理学安全性评价(toxicological safety evaluation)。

它实际上是在了解某种物质的毒性及危害性的基础上，全面权衡其利弊和实际应用的可能性，从确保该物质的最大效益、对生态环境和人类健康最小危害性的角度，对该物质能否生产和使用作出判断或寻求人类的安全接触条件的过程。

第十二章体外试验与生物新技术在毒理学中的应用第一节体外试验毒性试验的目的在于获取一定的数据，为社会需要的外源化学物的安全使用做出判断。

过去利用整体实验动物模型或称体内试验(in vivo test)模型所提供的资料，判断外源化学物及其制品和混合物等对人类健康是否具有损害作用。

体外试验模型(in vitro test)在上述过程中也起着重要的作用，尤其是机理研究方面。

但是，在毒理学研究中整体试验研究的观点仍占主导地位。

目前，此种观点已发生变化，因为：①全世界每年约有千种以上的新化合物作为商品进入人类的环境。

而且在现有的化合物中，还有相当数量没有进行必要的毒理学评价。

在此种情况下，利用经典的整体动物试验取得完整的毒理学资料极为困难。

解决此种问题的重要方向是体外试验。

②现有的整体动物毒性试验方法需消耗大量的时间和昂贵的经费，而体外试验则可节省时间和经费。

③动物保护主义运动的兴起，要求尽量减少动物的使用，而且应当尽量减少痛苦地处理动物。

④更重要的是由于生物技术的巨大进步，不仅表现在细胞组织及器官培养领域，而且在生物分子技术方面，也为毒性试验和研究提供了新的方法和工具。

所以体外试验在毒理学研究中所占的地位日趋重要，甚至有占主导地位的趋势。

但也需指出，体外试验的发展，并不排斥体内试验本身的重要性，两者必须相互补充、相互验证才能为毒理学研究提供坚实的科学基础。

一、概述(一) 分类毒性试验的目的是提供一些适当的资料，以便确定有关化学物的毒理学性质。

在有些情况下，是要决定一种化学物在所预期的条件下使用是否安全，如新药物开发即需要这一评价。

在有些情况下，例如新工业品或日用化学品的开发，必须决定一种新化学物的接触安全限量。

了解体外毒性试验在上述毒理学决策过程中有何意义，对于评价体外毒性试验在毒理学中的地位极有帮助。

可依据体外试验在决策过程中所起的作用将其分为3类：①筛选试验。

它仅提供决策过程的最初的资料，还需要进行更权威的试验，无论是整体还是体外试验。

毒理学领域中的新技术研究毒理学是研究化学物质或其他外部因素对生物体产生的不良影响的一门学科。

随着技术的进步和科技创新，毒理学领域中的研究也在不断更新，不断有新的技术应用于毒理学研究中。

下面将介绍一些毒理学领域中的新技术研究。

一、基因编辑技术在毒理学研究中的应用基因编辑技术是指将目标DNA序列刻意改变的一种技术，其应用于毒理学研究中可以进行基因的突变研究，有助于预测某些环境污染物对人类健康可能的影响。

对于某些难以进行动物实验的情况，如人类的基因编辑技术可通过基因编辑技术，在细胞水平上进行研究，以期预防、诊断和治疗某些疾病。

二、三维打印技术在毒理学研究中的应用三维打印技术是一种将3D模型通过3D打印机输出的技术，其应用于毒理学研究中可以为研究人员提供更好的模拟体验。

通过三维打印技术，可以建立自身组织功能和结构的人体器官，例如心脏、肝脏等，然后通过这些器官的实验，了解环境污染物对人体健康的影响。

三、微流控芯片技术在毒理学研究中的应用微流控芯片技术是指在微纳米尺度上建立的流动控制芯片，该芯片除了具备传统的细胞培养基础外，还可以模拟体内复杂的生物反应。

通过微流控芯片技术，可以对细胞进行更精准的传递，研究细胞对环境污染物的反应。

它可以在微观和宏观之间进行跨越，能够进行各种文化和实验环境的组合。

四、转录组学技术在毒理学研究中的应用转录组学技术是指将特定细胞或组织中的转录物，也就是RNA 转录，转化为一张图以及该图背后基因的表达水平。

这是一种慢性中毒和急性中毒研究的技术，可大大地提高对环境污染物的研究效率。

通过转录组学技术，可以高通量地进行RNA检测，有效地检测环境中各种毒素和化合物的基因水平，为了研究毒素及化合物对人体健康可能的影响提供了有力的支持。

总之，毒理学的高新技术和新方法的出现和应用，为毒理学研究的客观、精准、有效性研究提供了足够的技术和前景，这将为我们更好地防范环境中化学物质的危害提供有力的技术支持。

毒理学研究中的细胞培养技术应用毒物是一类能够对生物产生伤害或死亡的化学物质，其对于人类及其他生物的健康与生存产生了重要的影响。

因此，在毒理学领域中，对于毒物的识别、评估以及管理是至关重要的。

然而，传统的毒理学实验方法，如动物实验，存在着成本高、时间长、伦理问题缺陷等不足。

随着细胞培养技术的快速发展，细胞毒理学研究也得到了越来越广泛的应用。

一、细胞培养技术在毒理学研究中的应用细胞毒理学研究是利用体外细胞培养技术和生物学技术，对药物、化学品、环境毒物、食品添加剂等物质对细胞的毒理效应进行评估和监测的学科。

它可以为毒物危害评价、化学品筛选及人体健康风险评估提供支持和参考。

细胞毒理学研究方法包括细胞毒性试验、基因毒性检测、代谢毒性分析及细胞增殖和凋亡特征等。

细胞培养技术利用无限增殖潜能的已知细胞与实验者所关心的药物或毒物接触，测试物对细胞的毒性程度，从而评估毒物危害水平。

细胞毒性检测方法包括MTT 法、CCK8法、LDH法等多种。

此外，代谢毒性也是细胞毒理学研究中的重要部分，通过细胞培养技术，可以构建各种代谢细胞模型，在体外评估药物和毒物的代谢过程，探究代谢过程是否会降低药物和毒物的毒性等。

二、优势相对于动物试验而言，细胞毒理学研究具有许多优势。

第一，细胞毒性检测只需要加入一定剂量的药物或毒物，即可判断其毒性程度，不需要等待体内反应的结果。

第二，相对于动物试验等其他检测手段，细胞培养技术检测的毒物危险性与动物试验能达到类似的效果，但细胞分裂周期短，检测所用时间更加快速。

第三，细胞培养技术使用的培养基内除了微量的活细胞外，其余无携带疾病或怀孕等相关因素引起的影响。

第四，细胞毒性检测操作简便，可以通过多种方式进行检测，同时免除了动物试验中严重的伦理问题。

三、局限性然而，细胞培养技术的研究也存在一定的局限性。

首先，细胞培养技术只能模拟体内生理情况的一部分。

其次，细胞培养技术中，细胞类型、性质、活性等差异对检测结果的影响存在较大的不确定性。

毒理学研究领域中的新兴技术与应用前景毒理学研究是探讨化学物质对生物体的作用和机制的领域。

近年来，随着生物学、化学以及计算机科学的发展，毒理学领域涌现出了许多新兴技术，这些技术为毒理学研究提供了新的研究手段和工具。

本文将就毒理学研究领域中的新兴技术进行介绍，并阐述其应用前景。

一、体外毒理学研究技术1. 二维凝胶电泳技术二维凝胶电泳技术是将蛋白质样品依据等电点和分子量进行分离的技术。

毒理学研究中常用着二维凝胶电泳技术来研究化学物质对细胞蛋白质的影响，探明其作用机制。

此外，二维凝胶电泳技术还可用于制备高质量的蛋白质标准品，这对于毒理学研究中的蛋白质质控和验证至关重要。

因此，二维凝胶电泳技术是体外毒理学研究中最常用的工具之一。

2. 人工皮肤技术人工皮肤技术是用来检测化学物质刺激对皮肤的损伤状况的技术。

该技术可以模拟真实皮肤的结构和特性，并且可以检测出化学物质对皮肤的作用强度和损伤程度。

人工皮肤技术的应用不仅可以避免了对动物进行试验的问题，而且可以更快、更准确地确定某种化学物质的毒性。

因此，人工皮肤技术在医药与化妆品等行业都有广泛的应用。

二、体内毒理学研究技术1. 基于细胞培养技术的动物研究基于细胞培养技术的动物研究是一种虽然仍然需要用到动物，但却提高了动物使用率的技术。

该技术通过将细胞培养到高密度，创造出类似于动物体内环境的生理环境并进行研究。

这种技术可以使用如印迹技术和免疫印迹技术等方法来检测生物体内的分子变化，以及对化学物质的反应。

同时，还可以通过细胞培养的条件来模拟动物体内的代谢环境，可以更准确地探究化学物质的代谢途径。

2. 基于计算机辅助毒理学基于计算机辅助的毒理学研究是一种以计算机模拟为核心的毒理学研究手段，该技术通过计算生物体内的反应来进行研究。

这项技术研究的大多为化学物质对生物体内能量、物质代谢、生理机制等方面的影响。

其优势在于可以根据实际情况设计模型，并且模型可以用来测试多种细胞和各种代谢途径。

第十三章食品安全性毒理学评价确保食品安全和人体健康,需要对食品进行安全性评价.食品安全性评价主要是阐明某种食品是否可以安全食用,食品中有关危害成分或物质地毒性及其风险大小,利用足够地毒理学资料确认物质地安全剂量,通过风险评估进行风险控制.食品安全性评价在食品安全性研究、监控和管理上具有重要地意义.第一节毒理学安全性评价地概念和发展进程一、基本概念1. 安全与安全性在毒理学学科,安全(safe)是指一种化学物质在规定地使用方式和用量条件下,对人体健康不产生任何损害,即不引起急性、慢性中毒,亦不至于对接触者(包括老、弱、病、幼和孕妇)及后代产生潜在地危害.安全性(safety)则是一种相对地、实用意义上地安全概念,是指在一定接触水平下,伴随地危险度很低,或其危险度水平在社会所能接受地范围之内地相对安全概念.安全性和危险度实际上是从不同地角度反映同一个问题.2. 可接受危险度水平在实际生活和工作中,任何活动都伴随一定程度地危险性,绝对地安全即零危险度是不存在地.当接触某种化学毒物人群发生某种损害地频率接近或略高于非接触人群,那么这一频率可作为该化学毒物对人体健康产生危害地可接受危险度水平(acceptable risk level).3. 实际安全剂量与可接受危险度相对应地接触剂量是实际安全剂量(virtual safe dose,VSD).例如在终生致癌试验中,引起肿瘤发生率接近或相当于可接受危险度水平地化学毒物剂量即可作为这种化学毒物致癌作用地实际安全剂量.4. 毒理学安全性评价通过动物实验和对人群地观察,阐明某种物质地毒性及潜在地危害,对该物质能否投放市场作出取舍地决定,或提出人类安全地接触条件,即对人类使用这种物质地安全性作出评价地研究过程称为毒理学安全性评价(toxicological safety evaluation).它实际上是在了解某种物质地毒性及危害性地基础上,全面权衡其利弊和实际使用地可能性,从确保该物质地最大效益、对生态环境和人类健康最小危害性地角度,对该物质能否生产和使用作出判断或寻求人类地安全接触条件地过程.二、安全性评价程序地发展进程及意义为了保证人类地健康、生态系统地平衡和良好地环境质量,人类早在几千年前就懂得运用法律手段来维护公共卫生以及人类地健康和安全,如公元前18世纪,古巴比伦王国第六代国王汉漠拉比颁布了著名地《汉谟拉比法典》,其中有涉及关于水源、空气污染、食品清洁等方面地条文.自20世纪初叶以来,美国、法国、德国等一些国家开始了医疗卫生方面专门地立法,陆续制订和颁布了关于有毒化学品地管理法规.第二次世界大战后,随着社会经济地发展和科学技术地进步,卫生立法得到了世界各国地重视,许多国家和组织先后制订了有毒化学品地管理法,管理毒理学(regulatory toxicology)进入了实质发展地阶段.管理毒理学将毒理学地知识技术,潜在化学毒物地测试及研究结果使用于毒物管理,以防治人类地中毒性健康危害及保护环境.它涉及毒理学科及管理部门制订立法、执法两个方面地内容.例如,美国食品与药物管理局(Food and Drug Administration,FDA)1979年颁布联邦食品、药物和化妆品法案(the Federal Food,Drug and Cosmetic Act,FD&CAct),对各种化学物质安全性进行管理；国际经济与发展合作组织(Organization Of Economic Cooperation and Development,OECD)于1982年颁布了化学物品管理法,提出了一整套毒理实验指南、良好实验室规范(good laboratorypractice,GLP)和化学物投放市场前申报毒性资料地最低限度,对新化学物实行统一地管理办法.卫生行政执法和处罚以法律法规为准绳,而毒理学安全性评价则是裁决地基础.1999年欧洲四国发生了二口恶英(dioxin)食物污染事件,包括我国在内地许多国家作出拒绝进口可疑污染食品地决定,即是以毒理学安全性评价资料为依据作出地裁决.尽管世界各国由于政治、经济、历史、文化传统地差异,所寻求地安全性和对毒理学安全性评价地要求会有所不同,各国根据各自不同时期地任务和存在地问题来制订相应地卫生法律法规进行管理,但对化学毒物进行安全性评价却是各国相应地卫生法律法规中地基本要求.世界各国对化学物质进行毒理学安全性评价均以人类使用相对安全为前提.要知道,绝对地安全是不可能存在地,评价地依据是人类或社会能够接受地安全性.我国对不同物质进行毒理学安全性评价中,对安全性地要求是指中华人民共和国法律法规允许下地安全,指我国社会发展到现今阶段所能接受地危险度水平.我国对化学物质地毒性鉴定及毒理学实验开始于50年代,在五六十年代对食品、药品等曾作过初步地法律规定,但此后一段时间进展缓慢甚至停滞不前,直到80年代以后才有了迅速地发展.虽然我国卫生立法起步较晚,但随着改革开放、国民经济和社会地发展,制订化学物质安全性评价体系和立法管理取得了突破性地进展.80年代以来,我国有关部门陆续发布了一些化学物质地毒性鉴定程序和方法,这些文件具有法规性质和效力.国家也陆续颁布了有关地法律,以加强对外来化学物地管理.目前我国这方面地法律法规体系已逐步形成并不断完善,各级卫生行政部门依法执法,管理具有强制性和实效性,成效显著,对保护环境和保障人民身体健康发挥着重要地作用.目前我国实施地主要有关法律法规有：(1) 卫生部在1983年公布《食品安全性毒理学评价程序(试行)》,1985年经过修订,正式公布为[(85)卫防字第78号文件]在全国范围内实施.1995年10月30日公布了《中华人民共和国食品卫生法》,此法第五章为“食品卫生标准和管理办法地制订”.与此法配套,卫生部于1994年8月10日批准通过中华人民共和国国家标准《食品安全性毒理学评价程序》(procedures for toxicological assessment on food safety)GBl5193.1-94并予以实施.(2) 卫生部和农业部于1991年12月颁发了《农药安全性毒理学评价程序》(toxicologicalproceduresOfsafetyevaluationforpesticides).此评价程序规定了农药安全性毒理学评价地原则、项目及要求,适合于在我国申请登记及需要进行安全性评价地各类农药.为配合做好农药登记,国家技术监督局于1995年8月17日发布了中华人民共和国国家标准《农药登记毒理学试验方法》(toxicological test methods of resticides for registration)GB 15670-1995,该标准规定了农药登记毒理学地方法、条件地基本要求,并从1996年1月1日起实施.(3) 1984年9月20日在第六届全国人民代表大会常务委员会第七次会议上通过了《中华人民共和国药品管理法》,于1985年7月1日起施行.与此相对应地是,卫生部于1985年7月1日颁布并实施地《新药审批办法》中,对药物地毒理学评价作出了具体规定.随后在1988年卫生部颁布《新药(西药)毒理学研究指导原则》,对毒理研究地技术提出了明确地要求.(4) 1987年5月28日卫生部发布了国家标准《化妆品安全性评价程序和方法》(procedures and methods of safety evaluation for cosmetics)GB7919-87,于1987年10月1日起实施.该标准适用于在我国生产和销售地一切化妆品原料和化妆品产品,具体规定了对化妆品原料和产品地安全性评价程序和有关毒性实验方法.(5) 1993年5月卫生部食品卫生监督检验所发布了《食品功能毒理学评价程序和检验方法(试行)》,该标准规定了评价食品保健作用地统一程序和检验方法,为保健食品地管理提供科学依据.(6) 1987年国务院发布《化学危险品安全管理条例》,对各种易爆、易燃物质,有毒、有腐蚀地化学品加强管理,其中有规定化学危险物品生产企业应向审批部门提交包括化学物地毒性资料在内地一批文件.为了进一步加强对各类化学晶地管理,卫生部于1999年3月制定了关于健康相关产品地审批工作程序,把《中华人民共和国食品卫生法》、《化妆品卫生监督条例》、《保健食品管理办法》、《生活饮用水卫生监督管理办法》、《消毒管理办法》及其它法律、法规、规章规定由卫生部审批地食品、化妆品、涉及饮用水卫生安全产品、消毒药剂和消毒器械等各类与人体健康相关地产品列为健康相关产品.如何进行毒理学测试和研究,必须有严格规范地规定与评价准绳.关于毒理学试验中使用地动物,国家颁布了规范化管理地标准,规定必须使用经权威部门认证合格地实验动物.同时,为了保证毒性鉴定地质量符合科学实验地要求,试验结果在国内和国际上具有可比性,世界上一些组织和国家发展制定了良好实验室规范(GLP)准则,如美国、英国、日本、OECD对药品安全性试验地质量均以GLP进行监督.当今世界各国地实验室主要参照美国食品和药品管理局(FDA)或环境保护局(EPA)地GLP准则.我国已规定对新开发地药物、食品地生产实施GMP(Good manufacturing practice)管理,对安全性试验也开始逐步要求对试验操作及资料记录实施GLP准则.从各类国家标准、规定或管理法中可见,我国和世界各国一样,对药品、食品(食品添加剂、食品污染物等)、农药、工业化学品、化妆品等人们在日常生活和生产中广泛接触地化学物质要求必须经过安全性评价,才能被允许投产、进入市场或进出口贸易.随着高科技时代地到来,可以预料在不久地将来,列入毒理学安全性评价地物质范围并不只限于化学毒物,它将大大拓宽,涉及各种与人类生活、生产有关地新物质,如基因工程产品、新地生物物质.还需注意,各类法律法规随着社会地发展将不断得到修订,因此进行毒理学安全性评价必须严格遵照最新地法律法规来进行评价和管理.食品安全性评价是在人体试验和判断识别地基础上发展起来地.早期地科学家们缺少有关食品中物质对人体是否有害地确定地方法手段.随着观察流行病学和毒理学地发展,人们进行了大量地工作,如在罗马Hippocrates和他地学生对空气、水、食品和与公众有关地环境进行了描述,认为纯水和纯食品是良好健康地保证.Hippocrates把所有健康和疾病地关系与自然结合起来,认识到有用地技术可减轻自然产生地毒物和一些搀假物质对人体地危害.在那时食品安全性评价基本仍保留了观察地特点,但观察过程限制了急性毒性试验地评价,因为要对事物进行几年地直接地观察是困难地,只有完善观察法以及发展专门地技术方法,才能使食品安全性评价得到进步.食品安全性评价技术发展经历了从观察到科学分析地转变,包括：①剂量反应；②分析化学及其在食品上地使用；③靶物质预测试验（动物研究）；④微生物学地使用.另外还要进行危险评价和使用统计学.使用毒理学试验进行从现象到作用机理地具体阐述；使用统计学进行剂量效应地人体危险评估.人们在对食品安全性化学和生物影响地进一步了解认识中,发现单从观察得出正确地结论存在一定地困难、表13-1是传统地毒理试验,研究者试图通过毒理试验评价食品安全性地结论,但它只能从急性试验到慢性（暴露）试验,从定性到定量解决化学物质地安全性评价,这也是早期地食品中化学污染物地定量评价,同时又是一个费时费力地投入,却解决不了食品安全性评价所要求地全部问题.随着现代基因工程技术使用于食品上以及新动植物食品物种地发展,人们开始认识到非定量现象对评价地使用．如行为、情感等.因此,建立一种有别于添加剂等化学物质评价地评价食品安全性地方法显得更为重要.一种可能区别于化学物质评价地途径随之提出（见表13-2）.与表13-1毒理学试验相比较,其主要地区别和特点是：①增加了对化学分析地使用；②物质进入市场前需作人体研究；③强调了代谢和毒性预测知识.表13-1 毒理学试验类型1. 急性试验（一次暴露或剂量）（a）测定半数致死量（LD50）（b）急性生理学变化（血压、瞳孔扩大等）2. 亚急性试验（连续暴露或每日剂量）（a）3个月持续时间（b）2个或2个以上地试验动物（一种非啮齿动物类）（c）3个剂量水平（至少）（d）按预期或类似途径处理（受试物）（e）健康评价,包括体重、全面身体检查、血液化学、血液学、尿分析和功能试验3. 慢性试验（连续暴露或每日剂量）（a）2年持续时间（至少）（b）从预试验筛选两种敏感试验动物（c）2个剂量水平（至少）（d）类似接触（暴露）途径处理（受试物）（e）健康评价,包括体重、全面检查、血液化学、血液学、尿分析和功能试验（f）所有动物全面地尸检和组织病理学检查4. 特殊试验（a）致癌性（b）致突变性（c）致畸胎性（d）繁殖试验（e）潜在毒性（f）皮肤和眼睛刺激试验（g）行为反应（Sanford A．Miller, 1992）表13-2 食品安全性试验策略（Strategies）1. 化学分析（a）识别化合物（b）类型确认2. 体外模型（a）非哺乳动物系统（即致突变试验）（b）哺乳动物组织模型,包括标准物质地代谢改变3. 计算机模拟（a）活性-结构关系（SAR）（b）动力学模型4. 传统地安全性试验（a）对标准试验物质地影响（b）对应激（stressed）系统地影响5. 人体研究（a）比较分子学、药物动力学和药物动态学模型（b）对标准试验物质地影响（c）对应激系统（stressed systems）地影响（Sanford A．Miller, 1992）现代食品安全性评价除了进行传统地毒理学评价研究外,还需有人体研究、残留量研究、暴露量研究、消费水平（膳食结构）和摄入风险评价等.食品法典委员会（CAC）将风险分析引入食品安全性评价中,并把风险分析为风险评价、风险控制和风险信息交流三个必要部分,其中风险评价在食品安全性评价中占有中心位置（见图13-1）.可见,食品中危害成分地风.在进.,甚至相差较大,,涉及到毒,其中毒理学和流行病学是较为重要地部分.从毒理试验获得地数据有限时,就要运用流行病学进行分析.食品污染物和食品添加剂（人工和天然）地毒理学数据主要从动物毒理学研究中获得,和流行病学相比毒理学研究具有实验设计优点,所有条件保持连续性.进行确定物质地暴露分析,暴露过程和暴露条件（如饮食、气候等）能被仔细监测和控制,并用组织病理学和生物化学方法提供可能地高敏感性地副作用反应研究.但是毒理学研究并不意味着就能直接使用于人,因为如果用实验动物小鼠地试验结果使用于70kg体重地人体是不合理地.从实验动物获得地数据外推到人群进行定量地危险评价时需要三个重要地假设：①实验动物和人群地反应要相似；②（高）实验暴露地反应与人地健康有关,并可外推到环境暴露（包括食品摄入）水平；③动物试验表明物质地所有反应,这个物质对人有潜在地毒副作用.通常在进行定量风险评价时可能有很大程度地不确定性.目前,毒理学家对物质间相互作用地影响极为关注.因为在大部分地实验中,实验动物只是用于对某一种毒性物质同一时间暴露地反应,而人则一般暴露在不同地化学物中,由于成分地相互作用,混合或合并地不同物质地暴露可能没有预期（和不可能预期）地健康影响.虽然它已成为科学家关注地问题,但是一直还没有满意地答案如何解决健康危险评价中物质地相互作用.和毒理学相比,流行病学是一门观察科学,这是它地强项也是它地弱点.它存在暴露和反应地时间差问题,也许当人们已暴露于某一危害物时流行病学还未能观察出结果,这样一来对于新化学物,流行病学观察是无用地工作,人们还要依靠毒理学研究.一、毒理学安全性评价程序地选用原则在毒理学安全性评价时,需根据受试物质地种类来选择相应地程序,不同地化学物质所选择地程序不同,一般根据化学物质地种类和用途来选择国家标准、部委和各级政府发布地法规、规定和行业规范中相应地程序.毒理学评价采用分阶段进行地原则,即各种毒性试验按一定顺序进行,明确先进行哪项试验,再进行哪项试验.目地是以最短地时间,用最经济地办法,取得最可靠地结果.实际工作中常常是先安排试验周期短、费用低、预测价值高地试验.不同地评价程序对毒性试验划分地阶段性有不同地要求,有些程序要求进行人体或人群试验.如《食品安全性毒理学评价程序》GBl5193.I—94明确指出毒性试验分四个阶段；《农药安全性毒理学评价程序》根据一般毒性试验和特殊毒性试验划分为四个阶段；《化妆品安全性评价程序和方法》GB7919-87对毒理学试验要求分五个阶段进行,第五阶段为人体激发斑贴试验和试用试验.一般来说,投产之前或登记、销售之前,必须进行第一、二阶段地试验.凡属我国首创地化学物质一般要求选择第三阶段甚至第四阶段地某些有关项目进行测试,特别是对其中产量较大、使用面广、接触机会较多或化学结构提示有慢性毒性、遗传毒性或致癌性可能者,必须进行全部四个阶段地试验.对于有一定毒性资料地仿制品,若生产单位能证明其产品地理化性质、纯度、杂质成分及含量均与国外原产品相似,并经一项急性毒性试验和致突变试验进行核对,如实验结果与国外产品或文献资料一致,一般不再继续进行实验,可参考国外有关资料或规定进行评价.如产品质量或毒理学实验结果与国外资料或产品不相同,必须完成第一、二阶段地实验.二、试验前地准备工作人们经常接触地化学物质有环境污染物、工业污染物、食品(包括食品添加剂、食品化学污染物)、化妆品、药物和农药等,无论对哪类化学物质进行毒理学毒性鉴定,都必须做好充分地准备工作.试验前应了解化学物质地基本数据,如化学物质名称、化学结构式、分子量；理化性质如熔点或沸点、蒸气压、溶解度、pH值、纯度、杂质等理化数据和有关地参数；也应了解受检样品地成分、规格、用途、使用范围、使用方式,以了解人类可能接触地途径和剂量、过度接触以及滥用或误用地可能性等,以便预测毒性和进行合理地试验设计.(一) 收集化学物质有关地基本资料1. 化学结构根据结构式有时可以预测一些化学物质地毒性大小和致癌活性.如西方和我国学者运用量子力学原理,提出几种致癌活性与化学结构关系地理论,有助于推算多环芳烃地致癌活性.2. 组成成分和杂质化学物中存在杂质,有时可能导致错误地评价,特别是对于低毒化学物,在动物试验中可因其中所含地杂质而增加毒性.有时还需了解在配制、储存时组成成分及性质有无变化,或在环境中可形成哪些转化产物等.3. 理化性质主要了解其外观、比重、沸点、熔点、水溶性或脂溶性、蒸气压、在常见溶剂中地溶解度、乳化性或混悬性、储存稳定性等.4. 化学物地定量分析方法这些资料可通过向有关部门了解,或查阅有关文献资料获得,必要时需由实验室测定而获得.5. 原料和中间体了解化学物质生产流程、生产过程所用地原料和中间体,可以帮助估测化学物质地毒性.(二) 了解化学物质地使用情况包括使用方式及人体接触途径、用途及使用范围、使用量,化学物质所产生地社会效益、经济效益和人群健康效益等,这些将为毒性试验地设计和对试验结果进行综合评价等提供参考.例如,对食品添加剂应掌握其加入食品中地数量；农药应掌握施用剂量和在食物中地可能残留量；如为环境污染物,应了解其在水、空气或土壤中地含量；工业毒物则应考虑其在空气中地最大浓度.因此在进行毒理学评价时,应对该种物质通过各种途径进入人体地实际接触最大剂量作出估计.(三) 选用人类实际接触和使用地产品形式进行试验一般来说,用于毒理学安全性评价地受试物应采用工业品或市售商品,而不是纯化学品,以反映人体实际接触地情况.应当注意地是,在整个实验过程中所使用地受试物必须是规格、纯度完全一致地产品.当需要确定该化学品地毒性来源于化学物质还是所含杂质时,通常采用纯品和使用品分别试验,将其结果进行比较.如我国农药登记条例规定,急性毒性试验(包括经口、经皮和经呼吸道)地受试农药应包括原药和制剂.(四) 选择实验动物地要求动物种类对受试化学物地代谢方式应尽可能与人类相近.进行毒理学评价时,优先考虑哺乳类地杂食动物.如大鼠是杂食动物,食性和代谢过程与人类较为接近,对许多化学物质地毒作用比较敏感,加上具有体形小,自然寿命不太长,价格便宜,易于饲养等特点,故在毒理学试验中,除特殊情况外,一般多采用大鼠.此外,小鼠、仓鼠(地鼠)、豚鼠、家兔、狗或猴也可供使用.对种属相同但品系不同地动物,同一种化学物质有时可以引发程度不同甚至性质完全不同地反应.因此,为了减少同种动物不同品系造成地差异,最好采用纯系动物(指来自同一祖先,经同窝近亲交配繁殖至少20代以上地动物)或内部杂交动物(指来源于同一部门同一品系经多代繁殖所得地动物)和第一代杂交动物(指两种纯品系动物杂交后所得地第一代杂交动物)进行实验.这些动物具有稳定地遗传特性,动物生理常数、营养需要和应激反应都比较稳定,所以对外来化合物地反应较为一致,个体差异小,重复性好.三、不同阶段安全性评价地毒理学项目安全性评价首先是对化学物质进行毒性鉴定,通过一系列地毒理学试验测试该化学物对实验动物地毒作用和其他特殊毒性作用,从而评价和预测对人体可能造成地危害.我国对农药、食品、化妆品、消毒产品等健康相关产品地毒理学安全性评价一般要求分阶段进行,各类物质依照地法规不同,因而各阶段地试验名称有所不同(见表13-3).。

生物学方法在毒理学评价中的应用近年来，随着环境污染问题越来越严重，毒理学评价在环境保护中扮演着越来越重要的角色。

其中，生物学方法是毒理学评价中不可或缺的一部分。

本文将探讨生物学方法在毒理学评价中的应用。

一、细胞毒性测试细胞毒性测试是利用生物学技术，通过对细胞生理功能影响的评估来评价毒性的方法。

其优点在于具有短时间观察、灵敏度高、能够同时评价多种物质毒性等特点。

细胞毒性测试已成为化学品毒理学研究的重要手段。

例如，对于某些化学物质，可以通过细胞墨汁实验来评估其对细胞膜的毒性。

细胞墨汁实验能够评估细胞膜的完整性，以及化学物质对细胞膜通透性的影响。

同时，细胞墨汁实验也能够评估不同化学物质对细胞的作用机制差异，有效的帮助我们评估不同化学物质的毒性。

二、体内试验生物学方法还包括体内试验。

体内试验涉及作用于整个生物机体的评估，常用于化学品毒性评价中。

体内试验能够全面、准确地评价毒性，但需要投入巨大，并且实验条件十分严苛。

目前主要应用的有小鼠、大鼠、猴子等。

在体内试验中，常常会对动物进行致死试验，用来评估化学物质的剂量依赖性毒性以及剂量反应关系，得出LD50和LC50等指标。

同时，通过解剖对器官和组织进行检测来评估化学品对器官、组织的影响。

这种方法虽然残忍但是十分有效，能够为环境保护和疾病治疗提供有力依据。

三、遗传毒性评价遗传毒性评价是通过研究化学物质对RNA、DNA、蛋白质等生命物质的作用，评价化学物质的基因毒性的方法。

遗传毒性评价可以帮助评估化学物质对基因和染色体突变的影响，从而评价其致癌潜力。

表明，当化学物质能够对基因和染色体突变、基因表达发生改变时，这种化学物质具有致癌潜力。

目前，常用的遗传毒性评价方法包括AMES试验、微核实验、单细胞凝胶电泳试验等。

这些方法主要用于筛选潜在的致癌物质，帮助对一些化学物质的毒性进行评价和监测。

四、生物标志物评价生物标志物评价即通过检测不同生物体中的特定分子标志物的存在及其浓度，来评价环境物质对生命体的毒性。

人体生物反应器在体外毒理学检测中的应用随着人们对环境污染和食品安全的日益重视，对毒理学检测的需求也越来越大。

然而，传统的体内动物试验方法受到了越来越多的质疑和限制，因为这些方法不仅伦理上存在争议，而且还不够准确。

因此，开发新的体外检测方法成为了当前毒理学检测研究的重点之一。

其中，人体生物反应器在体外毒理学检测中的应用备受关注。

1.人体生物反应器的介绍人体生物反应器是一个体外的人体器官模型，由多种细胞组成，能够模拟出在真实人体内部的代谢、分解和吸收过程。

它包括肝、肺、肾、胃肠道和皮肤等几个主要器官，在其中添加人体血液和血浆，可以模拟出完整的人体内部环境，从而预测药物代谢和毒性。

与动物实验相比，人体生物反应器具有更好的模拟效果，同时避免了对动物的伤害和人类临床试验的风险。

2.人体生物反应器在毒理学检测中的应用人体生物反应器的应用范围很广，尤其对药物和环境污染物的毒性测试非常有效。

在现代药物研发中，药物安全性评价非常关键。

药物有可能对人体产生不良反应，如肝毒性、心脏毒性、神经系统毒性等。

使用人体生物反应器可以在最初的药物筛选过程中及早发现存在的安全问题，减少后期药物研究过程中的投入和风险。

此外，通过模拟环境污染物和毒性物质进入人体后的一系列生物转化过程，人体生物反应器也可以有效地预测这些物质对人体的毒性和可能的危害。

3.人体生物反应器的优缺点相比传统的动物实验方法，人体生物反应器具有明显的优势。

首先，人体生物反应器具有高度的人体可预测性，可以快速模拟出人体反应情况，减少了动物试验和人体临床试验的需要。

其次，人体生物反应器可以高效地进行安全评估，减少药物开发过程中的风险和时间成本。

最后，人体生物反应器的模拟效果和精度较高，可以提供更加可靠和准确的实验结果。

然而，人体生物反应器也存在一定的局限性。

首先，该技术的设备和技术条件要求较高，需要大量的人员和资源投入。

其次，人体生物反应器的功能还存在一定的局限性，例如在模拟心血管系统和免疫系统等方面仍存在诸多挑战。

分子毒理学固然应主要着眼于生物大分子，但也应当看到这些大分子是存在于细胞膜上、细胞器内，乃至细胞间隙液中的。

它们与细胞是不可分离的。

因此，对亚细胞组分的研究也是毒理学分子生物学评价的重要组成部分。

第一节亚细胞组分的制备现代毒理学中使用最多的亚细胞组分是细胞膜、微粒体及线粒体。

现就细胞膜、微粒体及线粒体的制备方法加以介绍。

一、细胞膜的制备细胞膜指细胞外层质膜，厚度约6～10nm。

它将细胞与外环境分隔，且参与细胞的生命活动，细胞内各种细胞器也是由质膜分隔，称为细胞器膜，两者统称为生物膜。

它是常用的研究模型，用以从细胞和亚细胞水平研究外源化合物的中毒机制。

1．肝细胞膜的制备其基本原理是：首先，将肝组织在含有钙离子的低渗碳酸氢钠缓冲液中温和匀浆，使细胞膜保持较大的膜片；其次，应用低速离心使细胞膜片与细胞核一起从匀浆中分离，再利用细胞膜与细胞核之间的密度差异，用密度梯度离心将细胞膜从低速离心获得的粗核部分中分离出来。

2．红细胞膜的制备哺乳动物红细胞不含任何细胞器，故其红细胞膜是较纯净的细胞膜。

(1)红细胞血影膜常用的制备方法是在低渗条件下，红细胞膨胀，由双面盘状变成近乎球形，随后细胞内容物因胞膜破裂而释放，20 000g离心。

洗涤去除血红蛋白，即获红细胞膜。

此种膜最接近整体系统，仍保留着原有膜的生物化学和生物物理学等特性，毒理学试验常用简易模型研究外源化合物对细胞膜离子转运及相关酶类、膜脂流动性和细胞骨架结构等方面的影响，并探讨其可能的机制。

但它不能控制细胞质内的环境，在应用上有一定的局限性。

此外，低渗制备的红细胞膜虽然去除了细胞内质，但膜的封闭性差，有许多泄漏的空穴。

(2)再封血影近年发现，在一定条件下，胀破了的红细胞可以重新封闭，对K’等离子不通透，给研究红细胞膜提供了另一模式。

其制备的方法有：①向低渗胀破的红细胞加入浓盐溶液，成为等渗溶液，置于37℃温育20min，期间可缓慢地搅拌，即得一定比例的再封血影。