斑马鱼实验揭示纳米塑料影响神经发育的潜在健康风险与隐患
2025-04-27 来源:本站 点击次数:44纳米塑料的隐患
在过去的几十年里，塑料在水环境中的存在一直是一个主要问题。在环境中，塑料废物始终受到环境风化的影响，包括太阳能、机械、热和生物降解机制，导致塑料废物破碎成微塑料（MP，小于5毫米）和纳米塑料（NP，小于100纳米的塑料颗粒）。塑料的这种降解增加了其对生物体的潜在危害和健康风险，特别是通过生物累积。尽管几乎看不见，但现在人们认为这种积累可能存在问题。这些微小颗粒是否会影响我们的水生系统并对人类健康构成威胁？
为了解答这个问题，Saraceni及其同事使用斑马鱼行为轨迹跟踪系统(DanioVision)和动物运动轨迹跟踪系统(EthoVision XT)进行了一系列斑马鱼实验，以研究纳米塑料与神经发育毒性之间的关系。
在过去的几十年里，塑料在水环境中的存在一直是一个主要问题。在环境中，塑料废物始终受到环境风化的影响，包括太阳能、机械、热和生物降解机制，导致塑料废物破碎成微塑料（MP，小于5毫米）和纳米塑料（NP，小于100纳米的塑料颗粒）。塑料的这种降解增加了其对生物体的潜在危害和健康风险，特别是通过生物累积。尽管几乎看不见，但现在人们认为这种积累可能存在问题。这些微小颗粒是否会影响我们的水生系统并对人类健康构成威胁？
为了解答这个问题，Saraceni及其同事使用斑马鱼行为轨迹跟踪系统(DanioVision)和动物运动轨迹跟踪系统(EthoVision XT)进行了一系列斑马鱼实验，以研究纳米塑料与神经发育毒性之间的关系。
纳米塑料与神经发育：测试运动、生长和压力
研究人员将斑马鱼胚胎暴露于环境风化的纳米级塑料颗粒（模拟环境颗粒）中，其浓度与人类水体中的浓度相同，而对照组仅接受胚胎水。由于斑马鱼透明度高、发育和生长速度快，且与人类基因相似，因此被选为这些实验的理想模型。
实验期间，密切监测胚胎的毒性，测量指标包括存活率、孵化率和胚胎生长变化。受精后六天，将先前暴露于纳米塑料的斑马鱼单独放入装有干净胚胎水的24孔板中，然后转移到斑马鱼行为轨迹跟踪系统中的观察箱。使用动物运动轨迹跟踪系统自动追踪，在白光下记录两小时的运动情况，从而比较了暴露组和对照组斑马鱼胚胎的总行进距离（运动活动）和静止时间百分比（停止时间）。
斑马鱼行为轨迹跟踪系统是一个完整的系统，专为使用斑马鱼幼鱼进行的这类实验而设计，通常适用于与药物开发，行为遗传学，毒理学和昼夜节律有关的研究。斑马鱼行为观察箱为您集成了高质量摄像头、可调节照明。其孔板架可轻松放置96、48、24或6孔板，并可容纳许多培养皿和小型容器。除了红外背光外，观察室还配备顶部白光，可用于创建昼夜周期或提供刺激。光强度和光照周期可通过EthoVision XT进行控制。除基础模块之外，斑马鱼行为轨迹跟踪系统还为您提供了一系列附加组件，如声音/震动刺激单元、顶部光刺激单元、光遗传单元、温控单元等。
本研究还通过量化斑马鱼的主要应激激素皮质醇以及糖皮质激素信号，将塑料诱导的毒性与应激信号关联起来。研究人员随后分析了编码应激标记物和缺氧反应基因（包括Fkbp5、hpxa和Pfkfb3）的转录本，探究应激激素的变化是否与基因表达的改变有关。
受控环境和自动追踪如何提供洞察
- 斑马鱼行为轨迹跟踪观察箱可确保受控环境和高通量行为分析，最大限度地减少环境变异和应激，从而实现可靠且稳健的数据收集。
- 动物运动轨迹跟踪系统可自动实时追踪斑马鱼的运动，捕捉其运动活动和行为模式。该软件无需人工评分，确保数据收集的客观性，并捕捉细微的行为变化。
- 斑马鱼行为轨迹跟踪观察箱和动物运动轨迹跟踪系统配合使用，可提供全天候7×24小时持续、非侵入式的行为追踪。这种实时方法可最大限度地减少应激，同时捕捉传统方法可能遗漏的细微发育和行为变化。
纳米塑料的兴起及其对人类健康的影响
本研究表明，在发育过程中接触纳米塑料颗粒会导致毒性和应激信号增强，尽管未观察到寿命的变化。
本研究表明，在发育过程中接触纳米塑料颗粒会导致毒性和应激信号增强，尽管未观察到寿命的变化。
- 孵化延迟和生长减缓：暴露于纳米塑料的斑马鱼胚胎孵化延迟，在早期发育过程中，与对照组相比，其长度最多缩短了150微米。
- 运动能力受损：暴露于纳米塑料颗粒的斑马鱼胚胎的运动能力下降高达40%。
- 应激反应增强：暴露于纳米塑料的斑马鱼的皮质醇水平升高了2-3倍，而转录组学分析强调了参与与应激和缺氧信号传导的基因的上调。
这些发现提出了有关人类健康的重要问题。虽然这项研究是在斑马鱼身上进行的，但观察到的神经发育障碍和应激反应增强表明，长期接触纳米塑料可能对人类神经发育构成重大风险。
结论：纳米塑料确实会影响神经发育！
虽然我们对神经发育过程与环境应激源之间关系的理解仍然有限，但本研究表明，纳米塑料会显著干扰斑马鱼的神经发育，并在多个生物学层面增强应激信号。
研究通过结合斑马鱼行为轨迹跟踪系统(DanioVision)和动物运动轨迹跟踪系统(EthoVision XT)自动化高通量工具，研究人员能够检测到胚胎阶段暴露于纳米塑料导致的斑马鱼神经发育和运动能力的细微变化。
这些发现不仅引发了人们对野生动物和水生系统的严重担忧，也表明长期接触纳米塑料可能对人类健康产生重要影响。虽然目前尚不清楚接触纳米塑料是否会引发人类相同的应激反应和神经发育紊乱，但这些结果凸显了持续研究这些普遍存在的超小塑料颗粒对健康的潜在影响的必要性。
参考文献
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.
欢迎联系我们了解更多行为学研究工具及解决方案！
虽然我们对神经发育过程与环境应激源之间关系的理解仍然有限，但本研究表明，纳米塑料会显著干扰斑马鱼的神经发育，并在多个生物学层面增强应激信号。
研究通过结合斑马鱼行为轨迹跟踪系统(DanioVision)和动物运动轨迹跟踪系统(EthoVision XT)自动化高通量工具，研究人员能够检测到胚胎阶段暴露于纳米塑料导致的斑马鱼神经发育和运动能力的细微变化。
这些发现不仅引发了人们对野生动物和水生系统的严重担忧，也表明长期接触纳米塑料可能对人类健康产生重要影响。虽然目前尚不清楚接触纳米塑料是否会引发人类相同的应激反应和神经发育紊乱，但这些结果凸显了持续研究这些普遍存在的超小塑料颗粒对健康的潜在影响的必要性。
参考文献
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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