斑馬魚實驗揭示納米塑料影響神經(jīng)發(fā)育的潛在健康風(fēng)險與隱患
納米塑料的隱患
在過去的幾十年里，塑料在水環(huán)境中的存在一直是一個主要問題。在環(huán)境中，塑料廢物始終受到環(huán)境風(fēng)化的影響，包括太陽能、機械、熱和生物降解機制，導(dǎo)致塑料廢物破碎成微塑料（MP，小于5毫米）和納米塑料（NP，小于100納米的塑料顆粒）。塑料的這種降解增加了其對生物體的潛在危害和健康風(fēng)險，特別是通過生物累積。盡管幾乎看不見，但現(xiàn)在人們認(rèn)為這種積累可能存在問題。這些微小顆粒是否會影響我們的水生系統(tǒng)并對人類健康構(gòu)成威脅？
為了解答這個問題，Saraceni及其同事使用斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(tǒng)(DanioVision)和動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)進行了一系列斑馬魚實驗，以研究納米塑料與神經(jīng)發(fā)育毒性之間的關(guān)系。
在過去的幾十年里，塑料在水環(huán)境中的存在一直是一個主要問題。在環(huán)境中，塑料廢物始終受到環(huán)境風(fēng)化的影響，包括太陽能、機械、熱和生物降解機制，導(dǎo)致塑料廢物破碎成微塑料（MP，小于5毫米）和納米塑料（NP，小于100納米的塑料顆粒）。塑料的這種降解增加了其對生物體的潛在危害和健康風(fēng)險，特別是通過生物累積。盡管幾乎看不見，但現(xiàn)在人們認(rèn)為這種積累可能存在問題。這些微小顆粒是否會影響我們的水生系統(tǒng)并對人類健康構(gòu)成威脅？
為了解答這個問題，Saraceni及其同事使用斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(tǒng)(DanioVision)和動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)進行了一系列斑馬魚實驗，以研究納米塑料與神經(jīng)發(fā)育毒性之間的關(guān)系。
納米塑料與神經(jīng)發(fā)育：測試運動、生長和壓力
研究人員將斑馬魚胚胎暴露于環(huán)境風(fēng)化的納米級塑料顆粒（模擬環(huán)境顆粒）中，其濃度與人類水體中的濃度相同，而對照組僅接受胚胎水。由于斑馬魚透明度高、發(fā)育和生長速度快，且與人類基因相似，因此被選為這些實驗的理想模型。
實驗期間，密切監(jiān)測胚胎的毒性，測量指標(biāo)包括存活率、孵化率和胚胎生長變化。受精后六天，將先前暴露于納米塑料的斑馬魚單獨放入裝有干凈胚胎水的24孔板中，然后轉(zhuǎn)移到斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(tǒng)中的觀察箱。使用動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)自動追蹤，在白光下記錄兩小時的運動情況，從而比較了暴露組和對照組斑馬魚胚胎的總行進距離（運動活動）和靜止時間百分比（停止時間）。
斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(tǒng)是一個完整的系統(tǒng)，專為使用斑馬魚幼魚進行的這類實驗而設(shè)計，通常適用于與藥物開發(fā)，行為遺傳學(xué)，毒理學(xué)和晝夜節(jié)律有關(guān)的研究。斑馬魚行為觀察箱為您集成了高質(zhì)量攝像頭、可調(diào)節(jié)照明。其孔板架可輕松放置96、48、24或6孔板，并可容納許多培養(yǎng)皿和小型容器。除了紅外背光外，觀察室還配備頂部白光，可用于創(chuàng)建晝夜周期或提供刺激。光強度和光照周期可通過EthoVision XT進行控制。除基礎(chǔ)模塊之外，斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(tǒng)還為您提供了一系列附加組件，如聲音/震動刺激單元、頂部光刺激單元、光遺傳單元、溫控單元等。
本研究還通過量化斑馬魚的主要應(yīng)激激素皮質(zhì)醇以及糖皮質(zhì)激素信號，將塑料誘導(dǎo)的毒性與應(yīng)激信號關(guān)聯(lián)起來。研究人員隨后分析了編碼應(yīng)激標(biāo)記物和缺氧反應(yīng)基因（包括Fkbp5、hpxa和Pfkfb3）的轉(zhuǎn)錄本，探究應(yīng)激激素的變化是否與基因表達(dá)的改變有關(guān)。
受控環(huán)境和自動追蹤如何提供洞察
- 斑馬魚行為軌跡跟蹤觀察箱可確保受控環(huán)境和高通量行為分析，最大限度地減少環(huán)境變異和應(yīng)激，從而實現(xiàn)可靠且穩(wěn)健的數(shù)據(jù)收集。
- 動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)可自動實時追蹤斑馬魚的運動，捕捉其運動活動和行為模式。該軟件無需人工評分，確保數(shù)據(jù)收集的客觀性，并捕捉細(xì)微的行為變化。
- 斑馬魚行為軌跡跟蹤觀察箱和動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)配合使用，可提供全天候7×24小時持續(xù)、非侵入式的行為追蹤。這種實時方法可最大限度地減少應(yīng)激，同時捕捉傳統(tǒng)方法可能遺漏的細(xì)微發(fā)育和行為變化。
納米塑料的興起及其對人類健康的影響
本研究表明，在發(fā)育過程中接觸納米塑料顆粒會導(dǎo)致毒性和應(yīng)激信號增強，盡管未觀察到壽命的變化。
本研究表明，在發(fā)育過程中接觸納米塑料顆粒會導(dǎo)致毒性和應(yīng)激信號增強，盡管未觀察到壽命的變化。
- 孵化延遲和生長減緩：暴露于納米塑料的斑馬魚胚胎孵化延遲，在早期發(fā)育過程中，與對照組相比，其長度最多縮短了150微米。
- 運動能力受損：暴露于納米塑料顆粒的斑馬魚胚胎的運動能力下降高達(dá)40%。
- 應(yīng)激反應(yīng)增強：暴露于納米塑料的斑馬魚的皮質(zhì)醇水平升高了2-3倍，而轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析強調(diào)了參與與應(yīng)激和缺氧信號傳導(dǎo)的基因的上調(diào)。
這些發(fā)現(xiàn)提出了有關(guān)人類健康的重要問題。雖然這項研究是在斑馬魚身上進行的，但觀察到的神經(jīng)發(fā)育障礙和應(yīng)激反應(yīng)增強表明，長期接觸納米塑料可能對人類神經(jīng)發(fā)育構(gòu)成重大風(fēng)險。
結(jié)論：納米塑料確實會影響神經(jīng)發(fā)育！
雖然我們對神經(jīng)發(fā)育過程與環(huán)境應(yīng)激源之間關(guān)系的理解仍然有限，但本研究表明，納米塑料會顯著干擾斑馬魚的神經(jīng)發(fā)育，并在多個生物學(xué)層面增強應(yīng)激信號。
研究通過結(jié)合斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(tǒng)(DanioVision)和動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)自動化高通量工具，研究人員能夠檢測到胚胎階段暴露于納米塑料導(dǎo)致的斑馬魚神經(jīng)發(fā)育和運動能力的細(xì)微變化。
這些發(fā)現(xiàn)不僅引發(fā)了人們對野生動物和水生系統(tǒng)的嚴(yán)重?fù)?dān)憂，也表明長期接觸納米塑料可能對人類健康產(chǎn)生重要影響。雖然目前尚不清楚接觸納米塑料是否會引發(fā)人類相同的應(yīng)激反應(yīng)和神經(jīng)發(fā)育紊亂，但這些結(jié)果凸顯了持續(xù)研究這些普遍存在的超小塑料顆粒對健康的潛在影響的必要性。
參考文獻
Saraceni, A., Rubin, A. E., Wexler, Y., Gothilf, Y., Bovolin, P. & Zucker, I. (2025).
Simulated Environmental Nanoplastics Induce Zebrafish Developmental Toxicity and Stress Response. ACS Sustain. Chem. Eng.doi:10.1021/acssuschemeng.4c10847.
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雖然我們對神經(jīng)發(fā)育過程與環(huán)境應(yīng)激源之間關(guān)系的理解仍然有限，但本研究表明，納米塑料會顯著干擾斑馬魚的神經(jīng)發(fā)育，并在多個生物學(xué)層面增強應(yīng)激信號。
研究通過結(jié)合斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(tǒng)(DanioVision)和動物運動軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)自動化高通量工具，研究人員能夠檢測到胚胎階段暴露于納米塑料導(dǎo)致的斑馬魚神經(jīng)發(fā)育和運動能力的細(xì)微變化。
這些發(fā)現(xiàn)不僅引發(fā)了人們對野生動物和水生系統(tǒng)的嚴(yán)重?fù)?dān)憂，也表明長期接觸納米塑料可能對人類健康產(chǎn)生重要影響。雖然目前尚不清楚接觸納米塑料是否會引發(fā)人類相同的應(yīng)激反應(yīng)和神經(jīng)發(fā)育紊亂，但這些結(jié)果凸顯了持續(xù)研究這些普遍存在的超小塑料顆粒對健康的潛在影響的必要性。
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Saraceni, A., Rubin, A. E., Wexler, Y., Gothilf, Y., Bovolin, P. & Zucker, I. (2025).
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