在過(guò)去的幾十年里，塑料在水環(huán)境中的存在一直是一個(gè)主要問(wèn)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(yáng)能、機(jī)械、熱和生物降解機(jī)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(duì)生物體的潛在危害和健康風(fēng)險(xiǎn)，特別是通過(guò)生物累積。盡管幾乎看不見(jiàn)，但現(xiàn)在人們認(rèn)為這種積累可能存在問(wèn)題。這些微小顆粒是否會(huì)影響我們的水生系統(tǒng)并對(duì)人類(lèi)健康構(gòu)成威脅？
為了解答這個(gè)問(wèn)題，Saraceni及其同事使用斑馬魚(yú)行為軌跡跟蹤系統(tǒng)(DanioVision)和動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)進(jìn)行了一系列斑馬魚(yú)實(shí)驗(yàn)，以研究納米塑料與神經(jīng)發(fā)育毒性之間的關(guān)系。
研究人員將斑馬魚(yú)胚胎暴露于環(huán)境風(fēng)化的納米級(jí)塑料顆粒（模擬環(huán)境顆粒）中，其濃度與人類(lèi)水體中的濃度相同，而對(duì)照組僅接受胚胎水。由于斑馬魚(yú)透明度高、發(fā)育和生長(zhǎng)速度快，且與人類(lèi)基因相似，因此被選為這些實(shí)驗(yàn)的理想模型。
實(shí)驗(yàn)期間，密切監(jiān)測(cè)胚胎的毒性，測(cè)量指標(biāo)包括存活率、孵化率和胚胎生長(zhǎng)變化。受精后六天，將先前暴露于納米塑料的斑馬魚(yú)單獨(dú)放入裝有干凈胚胎水的24孔板中，然后轉(zhuǎn)移到斑馬魚(yú)行為軌跡跟蹤系統(tǒng)中的觀察箱。使用動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)自動(dòng)追蹤，在白光下記錄兩小時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況，從而比較了暴露組和對(duì)照組斑馬魚(yú)胚胎的總行進(jìn)距離（運(yùn)動(dòng)活動(dòng)）和靜止時(shí)間百分比（停止時(shí)間）。
斑馬魚(yú)行為軌跡跟蹤系統(tǒng)是一個(gè)完整的系統(tǒng)，專(zhuān)為使用斑馬魚(yú)幼魚(yú)進(jìn)行的這類(lèi)實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)，通常適用于與藥物開(kāi)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(yú)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(qiáng)度和光照周期可通過(guò)EthoVision XT進(jìn)行控制。除基礎(chǔ)模塊之外，斑馬魚(yú)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(dòng)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(guò)量化斑馬魚(yú)的主要應(yīng)激激素皮質(zhì)醇以及糖皮質(zhì)激素信號(hào)，將塑料誘導(dǎo)的毒性與應(yīng)激信號(hào)關(guān)聯(lián)起來(lái)。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)。
斑馬魚(yú)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(shí)現(xiàn)可靠且穩(wěn)健的數(shù)據(jù)收集。
動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)可自動(dòng)實(shí)時(shí)追蹤斑馬魚(yú)的運(yùn)動(dòng)，捕捉其運(yùn)動(dòng)活動(dòng)和行為模式。該軟件無(wú)需人工評(píng)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(yú)行為軌跡跟蹤觀察箱和動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)配合使用，可提供全天候7×24小時(shí)持續(xù)、非侵入式的行為追蹤。這種實(shí)時(shí)方法可最大限度地減少應(yīng)激，同時(shí)捕捉傳統(tǒng)方法可能遺漏的細(xì)微發(fā)育和行為變化。
本研究表明，在發(fā)育過(guò)程中接觸納米塑料顆粒會(huì)導(dǎo)致毒性和應(yīng)激信號(hào)增強(qiáng)，盡管未觀察到壽命的變化。
孵化延遲和生長(zhǎng)減緩：暴露于納米塑料的斑馬魚(yú)胚胎孵化延遲，在早期發(fā)育過(guò)程中，與對(duì)照組相比，其長(zhǎng)度最多縮短了150微米。
運(yùn)動(dòng)能力受損：暴露于納米塑料顆粒的斑馬魚(yú)胚胎的運(yùn)動(dòng)能力下降高達(dá)40%。
應(yīng)激反應(yīng)增大：暴露于納米塑料的斑馬魚(yú)的皮質(zhì)醇水平升高了2-3倍，而轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析強(qiáng)調(diào)了參與與應(yīng)激和缺氧信號(hào)傳導(dǎo)的基因的上調(diào)。
這些發(fā)現(xiàn)提出了有關(guān)人類(lèi)健康的重要問(wèn)題。雖然這項(xiàng)研究是在斑馬魚(yú)身上進(jìn)行的，但觀察到的神經(jīng)發(fā)育障礙和應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)表明，長(zhǎng)期接觸納米塑料可能對(duì)人類(lèi)神經(jīng)發(fā)育構(gòu)成重大風(fēng)險(xiǎn)。
雖然我們對(duì)神經(jīng)發(fā)育過(guò)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(huì)顯著干擾斑馬魚(yú)的神經(jīng)發(fā)育，并在多個(gè)生物學(xué)層面增強(qiáng)應(yīng)激信號(hào)。
研究通過(guò)結(jié)合斑馬魚(yú)行為軌跡跟蹤系統(tǒng)(DanioVision)和動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)(EthoVision XT)自動(dòng)化高通量工具，研究人員能夠檢測(cè)到胚胎階段暴露于納米塑料導(dǎo)致的斑馬魚(yú)神經(jīng)發(fā)育和運(yùn)動(dòng)能力的細(xì)微變化。
這些發(fā)現(xiàn)不僅引發(fā)了人們對(duì)野生動(dòng)物和水生系統(tǒng)的嚴(yán)重?fù)?dān)憂(yōu)，也表明長(zhǎng)期接觸納米塑料可能對(duì)人類(lèi)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(huì)引發(fā)人類(lèi)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(duì)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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