“万能溶剂”DMSO的用法与危害

DMSO简介

二甲基亚砜（Dimethyl sulfoxide, DMSO）是一种含硫有机化合物，结构如下图所示。

物理性质：常温下为无色无臭的透明液体，具有强烈的吸湿性，凝固点为18.55℃，密度与水接近为1.100 g/mL；

化学性质：分子式为（CH3）2SO，因为结构中具有一个亲水的亚硫酰基和两个疏水的甲基，它既可与水溶液也可与除石油醚外的大多数有机溶剂互溶；可以溶解约80%的化合物，大部分的水溶性化合物和脂溶性化合物都可被其溶解，所以DMSO又被誉为“万能溶剂”。

DMSO的发展史

DMSO在刚发现阶段因其广泛的用途被称为“神药”，科学家进行了大量研究，主要包括消炎止痛，利尿，镇静等作用，在早期医药工业中，DMSO可直接用作某些药物的原料及载体，也可作为一种渗透性保护剂，血小板冷冻保存剂等。

然而，1965年，美国对DMSO的研究突然被叫停，因为FDA和一些制药公司参加的关于DMSO的研究讨论会指出，发现DMSO影响了许多哺乳动物的晶状体结构，但在人类和灵长类动物中并未发现有此改变。

如下图为DMSO的发展历程：可以看到自1965年后，科学家对DMSO毒性进行了广泛研究，不过并未发现其对健康实验动物和人体有严重毒副作用，但是却对细胞毒性较大，因此DMSO被FDA限制在非特殊非不可替代情况下不能使用。

DMSO的毒性到底有多大?

1. DMSO的细胞毒性：需要控制＜0.1%（v/v）

2008年，Qi Weidong等人的研究发现培养液中含0.1 %-0.25 %（v/v）的DMSO时，24h内对大鼠茸毛细胞没有损伤和影响，但是培养液中DMSO含量到达0.5 %-6 %时，茸毛细胞出现了损伤，以及剂量依赖性的细胞死亡[2]。

2014年贺兵等人的研究发现，细胞体外培养基中不同浓度的DMSO含量对体外培养的兔软骨细胞生长有一定的影响，使用浓度为2.0%（v/v）时对软骨细胞显现较强的抑制作用，但在0.1%-1.0%浓度范围内对细胞生长影响很小[4]。

2. DMSO的酶毒性：需要控制＜0.1%（v/v）

2011年Ramakrishna Nirogi等人的研究发现，在人肝微粒体孵育实验中，孵育体系中0.1 %含量以上的DMSO能够抑制人肝微粒中CYP1A2的活性。但是2 %浓度的甲醇或者乙腈对酶活性没有影响[5]。

2003年，Masuhiro NISHIMURA等人研究发现，对人肝细胞进行化合物给药时，DMSO的终浓度在0.1%或者更低水平时对肝细胞中药物一相代谢酶细胞色素P450酶亚型（CYPs）、细胞中二相药物代谢酶葡萄糖醛酸转移酶亚型（UGTs）以及主要的跨膜转运体ABC转运体（ATPBing Cassttee Transporters）的表达量没有影响，浓度再高时则会改变其表达情况[6]。

3. DMSO的动物毒性

（1）急性毒性：指机体一次性大剂量接受某种药物后所产生的快速而剧烈的中毒反应，包括死亡效应；一般可获得药物的半数致死量 (LD50，即在标准条件下一次给药DMSO (g/kg）必然引起50%的测试动物死亡的剂量)来评估危险性。在各种动物实验中有以下结果：

下表列出了各给药方式下各实验动物的DMSO半致死剂量，从表中其实可以看出DMSO的LD50 其实较高，如小鼠口服给药LD50是16.5-24.6g/kg，而我们小鼠实验中给药剂量一般都是以mg/kg为单位，所以几乎不可能超过这个剂量，也就是说对动物整体毒性没有细胞那么强。不同实验室提供的数据也许不完全相同，但都证实了DMSO 的动物低毒性。

不同物种不同给药方式下的DMSO半数致死量(g/kg) [3]

（2）长期毒性：指药物以一定的等级剂量连续多日给予受试动物所产生的有害作用。在各种动物实验中有以下结果：

DMSO的给予剂量为5 g/kg.d的狗、猪和兔子等动物的给药实验也表明，数月后动物会出现晶状体屈光度的改变而不是浑浊，而且，这种改变是呈剂量依赖性的关系，DMSO剂量减低，晶状体屈光度的改变程度很小；灵长类动物(包括人)至今均未发现该种副作用反应[7];

DMSO给予剂量为9 g/kg·d，持续给予18个月的恒河猴给药实验表明，恒河猴无明显异常或不耐受[8]；

DMSO给予剂量1g/kg·5d/week，持续给药12个月的雌雄大鼠实验表明，大鼠各组织器官如：大脑、心脏、肠道、生殖系统、甲状腺等均正常，未见明显异常或不耐受[ [9]。

DMSO有利尿的作用，但是在人类和实验室动物研究中未发现其有肾脏损害。

从以上毒理数据可以看出相对于其他安全无毒的溶剂来说，DMSO虽然有一定的毒性，但是DMSO也有其自身的独特的性质，在没有找到更好的细胞防冻剂和通量更高的“万能溶剂”之前，生物实验和药物初筛阶段也可以通过合理的使用DMSO来快速的做出正确的无试剂因素干扰的实验结果。下面就看看如何在实验中正确使用DMSO。

一、DMSO在细胞实验中如何正确使用？

DMSO在细胞实验中主要有两方面的运用：

细胞冻存剂    DMSO是目前最好的细胞冻存保护剂，但又有一定的毒性。一般使用时浓度控制在终体积10%以下，对于耐受力弱的细胞可以再降低到10%以下，如8%。注意细胞复苏时要尽快洗掉二甲基亚砜，否则会造成细胞严重的毒性。研究结果表明，培养液中DMSO浓度为10 %时，细胞生长抑制率近100 %；1%浓度时抑制率为35%，即使是0.04 %的浓度，DMSO对细胞的生长也有不利的影响[10]。

细胞给药时化合物的溶剂    DMSO在细胞给药溶解化合物时应严格控制DMSO的使用剂量：不同细胞可能对DMSO含量的敏感程度不一样，但是现在比较能接受的是采用DMSO配制化合物进行细胞给药时，DMSO的终浓度控制在0.1%以内是被认为对细胞实验没有干扰的，即1ml培养基中，DMSO体积不能超过1μl。如果发现体积超过这个比例，我们可以通过提高药物浓度， 或者采用水相多步稀释法来降低DMSO的使用量。

二、DMSO在动物实验中如何正确使用?

DMSO在动物实验应用主要在于药物溶解，前几期我们介绍到药物的溶解方式（可参考文末链接），但是药物溶解时我们必须首先考虑助溶剂的毒性，再考虑溶解性，如果超过了毒性比例才能溶解药物，我们就必须舍弃这一溶解方法。

从上述毒性试验数据中，我们看到DMSO对动物整体的毒副作用远小于细胞，所以Li Ping等人也认为在动物给药时DMSO的使用量可占给药总体积的10 %-20 % [11]，如口服给药时小鼠的给药体积为10mL/kg，对于20g的小鼠，我们单次给药体积约为100-200μl，DMSO体积必须控制在10%-20%，即20-40μl

动物实验中DMSO推荐体积[11]

注：DMSO使用体积仅供参考，如果动物出现不良症状，如体重减轻/食欲下降等，我们应该考虑降低DMSO的使用量，总的原则还是尽量减少DMSO的使用。

DMSO使用中的注意事项

1. 避免皮肤接触：研究发现：DMSO分子量小，容易经皮肤吸收，若皮肤长期接触DMSO会表现出了较小的局部刺激反应，如；局部的皮肤刺激反应、瘙痒、烧灼感。实验时可以准备1%-5%的氨水备用，皮肤沾上之后要用大量的水以及稀氨水洗涤；同时也应要避免接触含有其他毒性物质的二甲基亚砜溶液，因二甲基亚砜会渗入肌肤，在一定条件下会将有毒物质带入肌肤；

2. 避免吸入DMSO：吸入DMSO最为常见的为恶心、呕吐、和呼出的气体中发出大蒜、洋葱、牡蛎味。高浓度大面积使用能影响神经机能和导致溶血，用的时候要避免其挥发。

综上所述，是我们本期为大家介绍的关于DMSO的基本知识及其实验中的应用方法，是否让你对DMSO有了一个全新的认识呢？虽然DMSO存在一定的毒性，但并非不可用；在我们没有找到合适的替代物时，将DMSO适量地应用于实验获得研究数据还是被许可的。如果你有不同的声音和意见，欢迎给我们留言或者参与到下方群聊，一起讨论吧！

来源：邦耀实验室

参考文献

[1] Brobyn R D. The human toxicology of dimethyl sulfoxide [J]. Annals of the New York Academy of Sciences, 1975, 243(1):497.

[2] Qi W, Ding D, Salvi R J. Cytotoxic effects of dimethyl sulphoxide (DMSO) on cochlear organotypic cultures[J]. Hearing Research, 2008, 236(1–2):52-60.

[3] 贾国荣, 谢波. 二甲基亚砜临床应用的安全性国内外研究现状[J]. 国际检验医学杂志, 2010, 31(11):1284-1286.

[4] 贺兵, 谢晓燕, 张枫,等. 不同浓度二甲基亚砜对兔软骨细胞生长的影响[J]. 中华临床医师杂志:电子版, 2014, 8(9):79-82.

[5] Nirogi R, Kandikere V, Bhyrapuneni G, et al. Effect of dimethyl sulfoxide on in vitro cytochrome P4501A2 mediated phenacetin O-deethylation in human liver microsomes[J]. Drug Metabolism & Disposition the Biological Fate of Chemicals, 2011, 39(11):2162.

[6] Nishimura M, Ueda N, Naito S. Effects of dimethyl sulfoxide on the gene induction of cytochrome P450 isoforms, UGT-dependent glucuronosyl transferase isoforms, and ABCB1 in primary culture of human hepatocytes.[J]. Biological & Pharmaceutical Bulletin, 2003, 26(7):1052-6.

[7] Surgeon J W. Subacute toxicity of intravenous dimethyl sulfoxide in rhesus monkeys[J]. Journal of Toxicology & Environmental Health, 1981, 7(1):49-57.

[8] Vogin E E, Carson S, Cannon G, et al. Chronic toxicity of DMSO in primates [J]. Toxicology & Applied Pharmacology, 1970, 16(3):606-12.

[9] Jacob S W, Rosenbaum E E. The toxicology of dimethyl sulfoxide(DMSO) [J]. Headache the Journal of Head & Face Pain, 1966, 6(3):127.

[10] 刘耳, 王金兵. 细胞冻存保护剂二甲基亚砜的细胞毒作用[J]. 中国预防兽医学报, 1994(4):50-52.

[11] Li P, Zhao L. Developing early formulations: Practice and perspective [J]. International Journal of Pharmaceutics, 2007, 341(1):1-19.