小鼠模型助力探究塑料污染會對后代發育的影響_abio生物試劑品牌網
塑料已成為現代社會不可或缺的一部分，廣泛用于制造、包裝和醫療設備等應用。然而，它們的廣泛使用導致了與塑料垃圾相關的環境污染問題的出現。
目前，公眾對塑料污染的擔憂已延伸至其更隱蔽的形態——納米塑料。這類尺寸微?。ㄍǔ?lt;1微米）的塑料顆粒，源于塑料制品在使用和降解過程中的持續釋放，因其極小的體積和巨大的比表面積，可穿透生物屏障（如胎盤、血腦屏障），在生物體內廣泛分布并長期蓄積。
納米塑料的長期健康風險，特別是對發育關鍵窗口期的精確影響，是當前環境健康研究的前沿與公眾關切的焦點。由于納米塑料可穿透生物屏障的特性，懷孕期間吸入納米塑料對于胎兒大腦發育的影響也成為了大眾關注的焦點。
針對這一科學盲區，2025年7月1日同濟大學醫學院附屬上海市第一婦嬰保健院的研究團隊在J. Nanobiotechnology發表了題為“Early-life exposure to polypropylene nanoplastics induces neurodevelopmental toxicity in mice and human iPSC-derived cerebral organoids”的創新性研究。
本篇文章不局限于小鼠的體內實驗，還利用了南模生物提供的人誘導多能干細胞（iPSC）來源的腦類器官（COs）模型，整合跨物種模型，系統評估了孕期暴露于聚丙烯納米塑料（PP-NPs）對胎兒腦發育的毒性作用及其機制。
01 母體PP-NPs 暴露顯著損害胎兒大腦皮層發育
研究發現，母體暴露于 PP-NPs 會顯著損害胎兒皮層的神經元分化和增殖。研究者通過使用氣管內滴注 PP-NPs 構建體內模型，并發現 PP-NPs 組神經元標志物 TUJ1 的表達水平顯著低于對照組，表明神經元分化受到抑制。此外，PP-NPs 組細胞增殖標志物 KI67 的表達顯著降低。
Fig.1 Effects of prenatal exposure to PP-NPs on fetal cerebral cortical development (A) Schematic overview of the mouse experiment. (B-C) Transmission electron microscopy images and Particle size analysis of PP-NPs. (D) Representative HE stAIning of cerebral cortex sections. (E-F) Expression of TUJ1 in the cerebral cortex sections. (G-H) Expression of KI67 in the cerebral cortex sections. [1].
02 子代出現多種行為缺陷
神經行為評估也同樣顯示，母體暴露子代存在顯著缺陷。研究者對母體暴露后的 6 周齡小鼠進行了神經行為測試。曠場試驗中，PP-NPs 組在中央區停留時間降低41%（P<0.01），表現為疑似焦慮的狀態； rotarod 測試中，PP-NPs 組跌落潛伏期縮短58%（P<0.05），表明運動協調能力降低；Morris 水迷宮測試中，PP-NPs 組第 4 天的逃避潛伏期延長2.3倍（P<0.01），表明學習能力受損，平臺穿越次數減少67%（P<0.001），進一步表明其空間記憶受到嚴重損害。
Fig.2 Effects of prenatal exposure to PP-NPs on neurobehavior in mouse offspring. (A-F) Open field test. (G) The average latency to fall in rotarod test. (H-L) Morris water maze test[1].
03 腦類器官揭示PP-NPs 毒理
此外，研究者利用人源性體外類器官模型進一步探索了 PP-NPs的毒理學。暴露于 PP-NPs 的人腦類器官表現出生長和神經元分化減少，50 μg/mL PP-NPs使類器官表面積縮小38%（P<0.001），關鍵神經元標志物如 TUJ1、MAP2和PAX6顯著下調。
Fig.3 PP-NPs inhibited growth and neuronal differentiation of human COs. (A) Schematic diagram of PP-NPs exposure on COs. (B) Morphological changes of COs in four groups on day 40. (C) Surface area of COs on day 40. (D-F) Expression of TUJ1 and CTIP2 in COs from four groups on day 40[1].
04 分子機制解析
轉錄組學分析發現1023個基因下調，其中310個與神經活性配體-受體相互作用（NLRI）通路相關。分子對接和熒光共定位分析進一步表明 CYSLTR1 和 PTH1R 是 PP-NPs 的關鍵分子靶點。這些發現為納米塑料對發育中的大腦的毒理學影響提供了新的見解，并強調了采取預防措施以保護懷孕期間胎兒神經發育的必要性。
Fig.4 Pathway enrichment analysis and expression of common DEGs in the NLRI pathway. (A) KEGG pathway enrichment analysis based on DEGs between PP-10 group and control group. (B) KEGG pathway enrichment analysis based on DEGs between PP-50 group and control group. (C-D) GSEA analysis of neuroactive ligand-receptor interaction pathway. (E) Heatmap of the common DEGs in NLRI signaling pathway. (F) RT-qPCR analysis of CYSLTR1, PTH1R, GIPR, EDN3, PENK, and NPVF mRNA[1].
05 結論與展望
該研究首次闡明孕期吸入PP-NPs可通過抑制CYSLTR1/PTH1R 信號通路破壞胎兒神經發育并導致后代神經行為障礙。
使用小鼠模型和人腦類器官模型，該研究證明 PP-NPs 抑制神經元分化和神經干細胞的維持和增殖，損害認知和運動功能，并改變參與神經發育的關鍵信號通路。
雖然研究存在實驗中使用的納米塑料的暴露劑量和持續時間可能與實際環境暴露水平不同等局限性，但其創新性地整合跨物種模型（小鼠模型和人腦類器官模型）和計算生物學方法，為評估納米塑料的健康風險提供了新思路。
南模生物提供的關鍵技術方法
人類大腦類器官的優勢與構建方法
1 腦類器官優勢
源自人胚胎干細胞（ESC）或誘導多能干細胞（iPSC）的 3D 腦類器官已成為神經毒性評估的新工具。
- 3D 類器官可復制其所代表的器官的細胞類型多樣性、組織結構和功能。
- 腦類器官部分再現了胚胎大腦的發育，并概括了人腦中發現的復雜結構和發育軌跡。
- 腦類器官已被用于評估環境污染物，可為人類的毒理學研究提供更契合的實驗數據，彌合動物模型和人類臨床試驗之間的轉化差距。
2 利用iPSC建立的腦類器官
通過利用 iPSC 誘導分化，腦類器官（COs）在第40天后有顯著的結構特征，表現出致密的核心，邊緣顯示出光學半透明的狀態。COs 冷凍切片的免疫熒光分析顯示，類器官內的皮質區域由神經祖細胞標志物 PAX6（橙色）和神經元標志物 TUJ1（綠色）標記。PAX6+ 神經祖細胞位于心室區樣區域，而 TUJ1+ 神經元位于心室區附近。此外，深層皮層神經元標志物 CTIP2 與皮質板樣區域的 TUJ1 共表達，表明皮質板層的形成。這些發現共同證實了成功產生具有不同神經元層和分化區域的腦類器官。
Fig.5 Characterization of the human COs. (A) Protocol diagram of COs culture. (B) Morphological changes of COs at different time points (2, 5, 7, 10, 40, 60, 80 and 100 days). (C) Immunofluorescent staining of COs on day 40[4].
iPSC體外疾病模型研究平臺
南模生物iPSC疾病研究模型平臺擁有多年培養干細胞的經驗和干細胞基因編輯技術，已建立穩定的iPSC誘導系統，可提供高效的疾病研究模型。
iPSC體外疾病模型的優勢：
可提供的服務內容及交付周期如下：
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Reference：
1.Huang, F., You, H., Tang, X. et al. Early-life exposure to polypropylene nanoplastics induces neurodevelopmental toxicity in mice and human iPSC-derived cerebral organoids. J Nanobiotechnol 23, 474 (2025). https://doi.org/10.1186/s12951-025-03561-1
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