Light Sci Appl最新：荧光寿命成像 + 肠道类器官，解码纳米塑料体内“动向”

来源：100医药网 2025-08-19 14:39

本研究利用荧光寿命成像显微镜，在活体肠道类器官中观察到纳米塑料的内化及物种特异性摄取，发现其会干扰肠道上皮细胞趋化因子产生和线粒体膜电位，该方法可推进纳米塑料毒性研究。

日常生活中，塑料用品无处不在，而其降解产生的微塑料和纳米塑料（MNP）已悄然扩散到全球生态系统，甚至通过饮食、呼吸等途径进入人体，在血液、肠道等多个器官中被发现。然而，这些微小颗粒如何与人体组织相互作用、是否会造成健康影响，至今仍缺乏清晰认识。

近日，发表于Light Sci Appl的一项研究Visualizing the internalization and biological impact of nanoplastics in live intestinal organoids by Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (FLIM)通过创新技术揭示了纳米塑料在肠道内的行为及其潜在影响。

研究团队采用成人来源的小肠类器官模型，结合荧光寿命成像显微镜（FLIM）技术，系统研究了纳米塑料与肠道上皮的相互作用。他们首先优化了猪和小鼠小肠类器官的培养条件，获得具有 顶端向外 拓扑结构的模型，更贴近真实肠道与外界物质接触的生理状态，同时制备了基于PMMA和PS的纳米塑料（ 200nm），并掺杂深红色荧光染料以实现追踪。

研究发现，纳米塑料与类器官的顶端和基底膜的相互作用存在显著差异，且细胞摄取呈现物种特异性。通过相量分析方法，FLIM展现出比传统强度成像更高的灵敏度，形成的 荧光寿命条形码 可清晰区分不同类型的纳米塑料及其在类器官内的作用位点。

图1：模型纳米塑料NP A-D的设计、光谱和荧光寿命特征

在猪肠道类器官中，不同纳米塑料的行为差异明显：NP C（PS-PVP）未被摄取，NP A（含季铵基团的PMMA）主要聚集在类器官膜上，而带负电的NP B（PMMA-MA）和NP D（PS-MA）则表现出特异性细胞内摄取，这一模式在3种不同猪小肠类器官系中一致，表明摄取具有稳定性。

图2：荧光小麦胚芽凝集素（WGA）偶联物和尼罗红可验证活体小肠类器官的顶端向外拓扑结构

纳米塑料的摄取还与类器官拓扑结构密切相关。顶端向外（AO）的类器官对NP D的摄取效率差异显著，部分出现局部装载；而基底向外（BO）的类器官或顶端-基底（AB）类器官中的BO区域则呈现高效且均匀的摄取，提示纳米塑料在体内可能通过胃肠道腔或血液两种途径进入细胞。

图3：MNPs在小肠类器官中表现出不同的染色和摄取情况

相量FLIM事件计数方法能可靠反映纳米塑料内化事件的数量。对比显示，BO类器官的摄取量在各浓度组均高于AO类器官，且BO类器官在较低浓度（约0.1 g/mL）时即可达到近100%装载，AO类器官则需约10 g/mL，暗示肠道上皮可能存在保护机制减少顶端摄取。

图4：相量FLIM事件计数方法相比基于强度的检测，在较宽浓度范围内能更可靠地评估类器官中MNP的摄取

该技术还能解析复杂的纳米塑料混合物，通过荧光寿命差异成功区分同时存在的NP B和NP D，发现部分类器官中两者共定位在同一囊泡，可能通过相同途径内化，而另一些则偏好性积累某一类型，提示存在多种摄取机制。

在生理影响方面，研究发现即使是纯净的纳米塑料，也会对肠道上皮细胞产生影响：NP D暴露3天后，线粒体膜电位出现轻微变化；CXCL-8趋化因子分泌减少，可能削弱肠道对感染的清除能力，但总ATP水平未受显著影响。

这项研究通过FLIM技术与肠道类器官模型的结合，首次在活体系统中清晰呈现了纳米塑料的内化过程，揭示了其物种特异性、拓扑结构依赖性的摄取规律及对肠道功能的潜在影响。这不仅为纳米塑料毒性研究提供了新工具，也为评估其健康风险奠定了基础。随着微塑料污染日益严重，此类研究将帮助我们更深入理解这些微小颗粒与生物体的相互作用，为制定防护策略提供科学依据，守护我们的肠道健康。（100yiyao.com）

参考文献：

Okkelman IA, Zhou H, Borisov SM, et al. Visualizing the internalization and biological impact of nanoplastics in live intestinal organoids by Fluorescence Lifetime Imaging Microscopy (FLIM).Light Sci Appl. 2025;14(1):272. Published 2025 Aug 12. doi:10.1038/s41377-025-01949-0

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