金属掺杂纳米塑料在小鼠体内的生物分布：先进分析技术揭示纳米颗粒摄取与积累机制

本研究针对环境中微纳米塑料(MNPs)污染日益严重但检测技术受限的现状，开发了结合ICP-MS、XFI和IMC三种互补技术的分析流程，利用钯掺杂聚苯乙烯纳米颗粒(Pd-NPs)作为示踪剂，系统研究了不同暴露条件下纳米塑料在小鼠体内的摄取、分布和排泄规律。研究发现急性暴露时Pd-NPs主要经胃肠道排泄，而亚急性和亚慢性暴露会导致肝脏等远端器官积累，为评估纳米塑料的生物效应提供了重要方法学突破和基础数据。

　　

塑料污染已成为全球性环境问题，微纳米塑料(MNPs)在环境和生物体中的广泛分布引发健康担忧。特别是尺寸小于1μm的纳米塑料(NPs)，因其能够穿透生物屏障的特性，潜在危害更大。然而，由于缺乏灵敏可靠的分析方法，NPs在生物体内的摄取、分布和积累机制研究一直面临挑战。传统技术如显微红外光谱(μ-FTIR)难以检测纳米级颗粒，而热解GC-MS等质谱方法又无法提供空间分布信息。这种技术瓶颈严重制约了NPs生物效应研究的深入开展。

为突破这一限制，由Theresa Staufer、Verena Kopatz等来自奥地利、瑞士等多国研究机构组成的团队在《Communications Biology》发表研究，创新性地将电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、X射线荧光成像(XFI)和成像质谱流式(IMC)三种技术相结合，利用钯掺杂聚苯乙烯纳米颗粒(Pd-NPs)作为示踪模型，系统研究了NPs在小鼠体内的生物分布规律。研究团队通过精心设计的三种暴露实验（急性、亚急性和亚慢性），结合健康与疾病小鼠模型（结肠炎和APC^min/+肠道息肉模型），全面揭示了NPs的体内动力学特征。

关键技术方法包括：1）合成和表征200nm钯掺杂聚苯乙烯纳米颗粒(Pd-NPs)作为示踪剂；2）建立三种暴露模式：急性（单次3.38mg NPs灌胃，观察4小时）、亚急性（0.99mg NPs/天×10天）和亚慢性（0.48mg NPs/天×5周）；3）采用ICP-MS进行定量分析，XFI实现非破坏性空间成像，IMC达到单细胞水平检测；4）使用野生型和疾病模型（DSS诱导结肠炎和APC^min/+小鼠）比较NPs的摄取差异。

研究结果部分，急性暴露实验显示，Pd-NPs主要存在于消化道内容物中，通过XFI可清晰观察到颗粒沿胃肠道移动的时空动态。ICP-MS检测发现10分钟后颗粒即到达小肠，4小时内约30%剂量通过粪便排出。IMC在肠绒毛间隙检测到Pd信号，证实颗粒存在于肠腔内容物中。值得注意的是，胰腺和血液中也检测到微量Pd，提示少量NPs可能穿过肠道屏障。

亚急性暴露实验采用更低剂量（0.99mg NPs/天）和更长周期（10天），比较了健康与结肠炎小鼠的差异。XFI仅在粪便中检测到Pd，而ICP-MS在结肠炎小鼠的肝脏、胸腺和睾丸等远端器官发现Pd积累（>0.5%日剂量）。IMC在肝脏检测到零星Pd信号，虽强度较低但证实了NPs的器官转移。这一结果提示，持续暴露下NPs可在体内积累，而肠道炎症可能促进这一过程。

亚慢性暴露实验（0.48mg NPs/天×5周）进一步验证了NPs的积累现象。XFI和ICP-MS均显示野生型小鼠NPs排泄高峰在3-5小时，而APC^min/+小鼠延迟至9小时，表明肠道病理状态影响NPs的通过时间。ICP-MS在多个器官检测到Pd，特别是肝脏和肾脏（>1%日剂量），个别APC^min/+小鼠肝脏积累高达44.65%日剂量。IMC在肾脏特定区域检测到Pd-NPs，证实了ICP-MS的定量结果。

在讨论部分，作者强调这种多技术联用策略的优势：XFI提供非破坏性初步筛查，ICP-MS实现高灵敏度定量，IMC达到细胞级分辨率。研究发现急性暴露时NPs主要经粪便排泄，而长期暴露会导致器官积累，这一规律在不同疾病模型中表现各异。特别值得注意的是，虽然APC^min/+小鼠显示NPs肠道通过时间延长，但总体器官积累量与野生型无显著差异，这可能与样本量较小有关。

该研究的创新价值在于：1）建立了金属掺杂NPs结合多模式检测的技术体系，为NPs生物分布研究提供方法学突破；2）首次应用IMC技术实现NPs在组织中的单细胞水平检测；3）系统揭示了NPs在不同暴露条件下的体内动力学特征；4）为评估MNPs的健康风险提供了重要基础数据。这些发现不仅推动了纳米毒理学研究方法的进步，也为制定塑料污染的健康防护策略提供了科学依据。