浙江大學(xué)建成國內(nèi)首個(gè)電子霧化制品生物學(xué)安全評(píng)估平臺(tái)
通過電子裝置霧化特定植物、植物萃取液和化合物產(chǎn)生煙氣的制品近年來大量涌現(xiàn)，例如電子煙、霧化本草（植物天然藥材萃取液霧化）、加熱不燃燒煙草、低溫本草、霧化藥物和霧化護(hù)膚品等等。這些產(chǎn)品已經(jīng)或正在上市，特別是電子煙作為一種新型煙草制品，已在歐美和中國市場上大量出現(xiàn)，青年人趨之若鶩。那么這些霧化煙氣制品安全性如何？它們比傳統(tǒng)產(chǎn)品是否風(fēng)險(xiǎn)降低了（如電子煙相對(duì)于普通卷煙）？
浙江大學(xué)空氣污染與健康研究中心和IBM生物計(jì)算實(shí)驗(yàn)室樊龍江教授團(tuán)隊(duì)一直致力于建立傳統(tǒng)和新型煙草制品風(fēng)險(xiǎn)的生物學(xué)評(píng)價(jià)方法，包括實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。經(jīng)過幾年建設(shè)，他們目前建成了國內(nèi)首個(gè)可以對(duì)電子霧化制品等進(jìn)行生物學(xué)安全評(píng)估的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該平臺(tái)包括三個(gè)核心部分：一臺(tái)全自動(dòng)霧化煙氣發(fā)生機(jī)械裝置、一個(gè)三維（3D）細(xì)胞暴露模型和一個(gè)組學(xué)數(shù)據(jù)生物信息學(xué)計(jì)算系統(tǒng)（圖1）。其中（1）霧化煙氣發(fā)生機(jī)械裝置為國際公認(rèn)的德國Bolgwalt RM20S系統(tǒng)，它可以根據(jù)抽吸規(guī)律連續(xù)產(chǎn)生來自霧化和卷煙制品的煙氣并進(jìn)行精準(zhǔn)稀釋，可以按照預(yù)設(shè)的煙氣濃度穩(wěn)定排出霧化煙氣，用于下游細(xì)胞暴露系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；（2）三維細(xì)胞暴露模型通過蠕動(dòng)泵、暴露皿、恒溫系統(tǒng)和特定培養(yǎng)液循環(huán)等，完全模仿人肺環(huán)境。暴露細(xì)胞可以選擇永生系細(xì)胞（如人肺支氣管上皮細(xì)胞BEAS_2B）、原代細(xì)胞及類器官（如肺類器官、皮膚類器官）等，此外，針對(duì)小鼠暴露模型，RM20S系統(tǒng)完全適配小鼠全身暴露系統(tǒng)和口鼻式吸入暴露系統(tǒng)；（3）生物信息學(xué)計(jì)算系統(tǒng)用于暴露后細(xì)胞產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組等組學(xué)大數(shù)據(jù)分析，以此計(jì)算煙霧對(duì)細(xì)胞代謝途徑的擾動(dòng)程度，用于估計(jì)風(fēng)險(xiǎn)大小。
圖1 浙江大學(xué)建成的國內(nèi)首個(gè)電子霧化制品生物學(xué)安全評(píng)估實(shí)驗(yàn)與分析平臺(tái)。上圖：A-B為煙霧發(fā)生機(jī)械裝置（A為煙霧產(chǎn)生器；B為霧化煙氣稀釋系統(tǒng)），C-D體外細(xì)胞煙霧暴露系統(tǒng)（C為3D細(xì)胞暴露系統(tǒng)；D為蠕動(dòng)泵、培養(yǎng)液及其恒溫循環(huán)系統(tǒng)）；下圖：平臺(tái)上待測的電子煙產(chǎn)品（左）和組學(xué)大數(shù)據(jù)生物信息學(xué)分析計(jì)算系統(tǒng)（右）。
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基于該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，樊龍江教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合浙大醫(yī)學(xué)院及其附屬醫(yī)院有關(guān)研究人員，開發(fā)了基于細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組等組學(xué)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)生物學(xué)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估算法——SPPA（signaling pathway perturbation analysis）算法，近期發(fā)表在國際期刊《Scientific Reports》上（圖2）。通過測定經(jīng)煙霧暴露的細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組等組學(xué)數(shù)據(jù)，可以評(píng)估霧化煙氣對(duì)于細(xì)胞癌癥發(fā)生、肺等臟器疾病相關(guān)代謝途徑的擾動(dòng)情況，同時(shí)結(jié)合細(xì)胞表型變化（電阻率、中性紅細(xì)胞活性及細(xì)胞狀態(tài)顯微觀察），以此進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。該算法在實(shí)際應(yīng)用測試中取得了理想效果。這是國際上提出的第二種基于系統(tǒng)生物學(xué)的算法，不同于先前提出的算法（2019年由PM煙草公司提出），引起國際煙草行業(yè)的廣泛關(guān)注。目前浙江大學(xué)是國際煙草科學(xué)研究合作組織 (CORESTA, Cooperation Centre for Scientific Research Relative to Tobacco)的“體外毒理測驗(yàn)”（In vitro Toxicity Testing）工作組成員，是唯一一家非煙草行業(yè)研究機(jī)構(gòu)。該工作組成員目前僅包含幾家主要國際煙草公司。
A
B
圖2樊龍江教授團(tuán)隊(duì)提出霧化煙氣制品安全的系統(tǒng)生物學(xué)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法（SPPA算法）。A、國際期刊《Scientific Reports》發(fā)表的論文首頁；B、霧化煙氣對(duì)癌癥發(fā)生、肺等臟器疾病相關(guān)代謝途徑基因擾動(dòng)影響程度（ES）的測驗(yàn)結(jié)果——以慢性阻塞性肺疾?。?/span>COPD）為例。
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生物學(xué)安全評(píng)價(jià)是目前香煙等煙霧制品風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的一個(gè)國際趨勢和做法，它不同于化學(xué)評(píng)價(jià)?；瘜W(xué)評(píng)價(jià)是根據(jù)制品中包含的尼古丁、焦油等有害成分含量多少進(jìn)行評(píng)價(jià)。作為學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，浙江大學(xué)建成的國內(nèi)首個(gè)霧化煙氣制品生物學(xué)安全評(píng)估平臺(tái)，將為國內(nèi)外生產(chǎn)的電子霧化制品（電子煙、霧化本草、加熱不燃燒煙草、低溫本草等產(chǎn)品）和普通卷煙的安全評(píng)價(jià)提供公正的第三方評(píng)估，預(yù)期可以極大提升我國相關(guān)產(chǎn)品安全評(píng)價(jià)手段和水平。
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