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更新時間：2025-04-27
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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)境風化的影響，包括太陽能、機械、熱和生物降解機制，導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險，特別是通過生物累積。盡管幾乎看不見，但現(xiàn)在人們認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發(fā)育毒性之間的關系。
研究人員將斑馬魚胚胎暴露于環(huán)境風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計，通常適用于與藥物開發(fā)，行為遺傳學，毒理學和晝夜節(jié)律有關的研究。斑馬魚行為觀察箱為您集成了高質量攝像頭、可調節(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激激素皮質醇以及糖皮質激素信號，將塑料誘導的毒性與應激信號關聯(lián)起來。研究人員隨后分析了編碼應激標記物和缺氧反應基因（包括Fkbp5、hpxa和Pfkfb3）的轉錄本，探究應激激素的變化是否與基因表達的改變有關。
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激，同時捕捉傳統(tǒng)方法可能遺漏的細微發(fā)育和行為變化。
本研究表明，在發(fā)育過程中接觸納米塑料顆粒會導致毒性和應激信號增強，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40%。
應激反應增大：暴露于納米塑料的斑馬魚的皮質醇水平升高了2-3倍，而轉錄組學分析強調了參與與應激和缺氧信號傳導的基因的上調。
這些發(fā)現(xiàn)提出了有關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，但觀察到的神經發(fā)育障礙和應激反應增強表明，長期接觸納米塑料可能對人類神經發(fā)育構成重大風險。
雖然我們對神經發(fā)育過程與環(huán)境應激源之間關系的理解仍然有限，但本研究表明，納米塑料會顯著干擾斑馬魚的神經發(fā)育，并在多個生物學層面增強應激信號。
研究通過結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致的斑馬魚神經發(fā)育和運動能力的細微變化。
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)的嚴重擔憂，也表明長期接觸納米塑料可能對人類健康產生重要影響。雖然目前尚不清楚接觸納米塑料是否會引發(fā)人類相同的應激反應和神經發(fā)育紊亂，但這些結果凸顯了持續(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。
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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