在當今環(huán)境污染日益嚴峻的背景下，微塑料與納米塑料（<100 nm）已廣泛存在于水體、食物甚至空氣中。它們能否進入人體？是否對健康構(gòu)成威脅？這些問題引發(fā)了全球科學界的深切關(guān)注。尤其是納米級塑料顆粒，因其極小的尺寸，可能穿透生物屏障，進入細胞甚至器官，但其在活體組織中的行為長期以來難以被直接觀測。

 

近日，發(fā)表于國際權(quán)威期刊《Light: Science & Applications》的一項突破性研究，題為《Visualizing the internalization and biological impact of nanoplastics in live intestinal organoids by Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (FLIM)》，為這一難題提供了關(guān)鍵答案。來自荷蘭與德國的科研團隊通過結(jié)合腸道類器官模型與熒光壽命成像顯微技術(shù)（FLIM），首次在活體系統(tǒng)中實時“看見”了納米塑料的內(nèi)化過程，并揭示了其對腸道上皮的潛在生物學影響。

 

創(chuàng)新技術(shù)：讓“隱形”的納米塑料“開口說話”

傳統(tǒng)熒光成像依賴信號強度，易受背景干擾、光漂白和濃度波動影響，難以準確區(qū)分不同納米顆?；蚺袛嗥涫欠裾嬲M入細胞。本研究采用熒光壽命成像顯微鏡（FLIM），測量的是熒光分子發(fā)光持續(xù)的時間（壽命），而非亮度。這一參數(shù)不受濃度和環(huán)境干擾，具有高度穩(wěn)定性。

 

研究人員設(shè)計了四種帶有深紅熒光染料的模型納米塑料（NP A–D），分別由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚苯乙烯（PS）構(gòu)成，并賦予不同表面電荷與化學(http://www.weberwork.com/sell/l_9/)修飾。通過相量分析法（phasor analysis），每種納米塑料形成了獨特的“熒光壽命條形碼”，如同其“光學指紋”，可在復雜環(huán)境中精準識別和追蹤。

 

模型優(yōu)化：更貼近真實腸道的“頂端向外”類器官

為了更真實地模擬腸道與外界接觸的生理環(huán)境，研究團隊優(yōu)化了豬和小鼠小腸類器官的培養(yǎng)條件，成功構(gòu)建了“頂端向外”（Apical-Out, AO）結(jié)構(gòu)——即原本朝向腸腔的細胞表面朝外暴露，便于直接與納米塑料接觸。同時，他們也使用“基底向外”（Basolateral-Out, BO）和混合型類器官進行對比，從而系統(tǒng)評估不同暴露路徑下的攝取差異。

 

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：攝取具有物種、結(jié)構(gòu)與材料特異性

研究揭示了納米塑料在腸道中的復雜行為模式：

 

物種特異性攝取：

 

在豬類器官中，帶負電的NP B（PMMA-MA）和NP D（PS-MA）能被高效內(nèi)化，而NP C（PS-PVP）幾乎不被攝取，NP A（帶正電PMMA）則主要吸附在細胞膜表面。該模式在三種不同豬類器官系中高度一致，表明攝取機制具有穩(wěn)定性。

拓撲結(jié)構(gòu)決定攝取效率：

頂端暴露（AO類器官）：攝取效率較低，需較高濃度（約10 μg/mL）才能實現(xiàn)廣泛裝載，提示腸道上皮可能存在天然屏障，限制從腸腔直接攝入納米顆粒。

基底暴露（BO類器官）：攝取極為高效，在低至0.1 μg/mL濃度下即可接近完全內(nèi)化，表明若納米塑料通過血液循環(huán)或組織損傷進入基底側(cè)，可能更容易侵入細胞。

多重內(nèi)化機制并存：

 

FLIM可同時區(qū)分多種納米塑料。實驗發(fā)現(xiàn)，部分類器官中NP B與NP D共定位在同一囊泡內(nèi)，提示可能共享內(nèi)吞通路；而另一些則偏好性積累某一類型，說明存在多種獨立的攝取機制。

生物學影響：即使“純凈”納米塑料也非完全惰性

盡管這些納米塑料未攜帶毒素，研究仍發(fā)現(xiàn)其對腸道上皮產(chǎn)生輕微但可檢測的生理影響：

 

暴露3天后，線粒體膜電位出現(xiàn)輕微下降，提示能量代謝可能受到干擾；

炎癥相關(guān)趨化因子CXCL-8（IL-8）分泌減少，可能削弱腸道對病原體的免疫應答能力；

總ATP水平未顯著變化，表明細胞整體能量狀態(tài)仍維持穩(wěn)定。

這些結(jié)果表明，納米塑料本身即可作為“生物活性”顆粒，干擾細胞功能，即使不攜帶污染物，也可能對腸道健康構(gòu)成潛在風險。

 

研究意義與未來展望

這項研究實現(xiàn)了多個“首次”：

 

首次在活體腸道類器官中動態(tài)可視化納米塑料的內(nèi)化；

首次利用FLIM相量分析建立“熒光壽命條形碼”用于多類型納米顆粒的同時追蹤；

首次揭示納米塑料攝取的拓撲結(jié)構(gòu)依賴性與物種特異性。

該技術(shù)平臺不僅為納米毒理學研究提供了強大新工具(http://www.weberwork.com/sell/l_5/)，也為評估食品(http://www.weberwork.com/sell/l_32/)、飲用水和環(huán)境中納米塑料的健康風險奠定了科學基礎(chǔ)。隨著全球塑料污染持續(xù)加劇，理解這些“微小入侵者”如何與人體相互作用，將成為公共衛(wèi)生和環(huán)境醫(yī)學的重要課題。