环境中的塑料可分解为较小的塑料颗粒。粒径小于 1μm 的称为纳米塑料 (NPs)，1μm 至 5mm 之间的称为微塑料 (MPs)。它们统称为微纳塑料 (MNPs)。[1] 消化道是人类接触 MNPs 的主要途径，[2], [3] 且 MNPs 可穿过消化道上皮 [4], [5], [6] 进入循环系统并到达其他屏障。[7], [8], [9], [10], [11], [12] 目前，关于 MNPs 摄取及其在体内后续转运的细节有待阐明。
MNPs 具有大小、表面电荷、形状、密度和聚合物类型等多样特性。[1] MNPs 的危害不仅归因于其固有特性，还归因于其吸附和转运外源性物质的能力，例如生物体内的蛋白质。[13] MNPs 的粒径是影响吸附能力的基本因素之一。随着粒径减小，颗粒物质的比表面积急剧增加，且颗粒物质的吸附能力随比表面积的增加而增加。[14], [15], [16] NP 较大的比表面积使其具有更大的吸附能力。表面电荷是影响吸收的另一个因素，环境中的 MNPs 带有不同的电荷。MNPs 表面电荷的最基本来源是构成塑料的聚合物单体中所含的化学官能团。由于分子结构的差异，不同类型的塑料可在水中自发产生表面电荷。[17] 聚酰胺分子链中的酰胺基团 (-CO-NH-) 在水溶液中可发生有限的质子化或去质子化。在酸性条件下，酰胺基团可能结合一个质子 (-CO-NH??) 而带正电，在碱性条件下，可能失去一个质子 (-CO-N-) 而带负电。[18] 羧基 (-COOH) 是一种典型的可离子化官能团，在水溶液中解离 H?，形成带负电的羧酸根 (-COO-)。
众所周知，细胞可以通过不同的内吞途径摄取颗粒，其中四种主要途径包括小窝蛋白介导的内吞、网格蛋白介导的内吞、吞噬作用和巨胞饮作用。[19] 颗粒进入细胞后，被质膜包裹形成囊泡，进而形成内体进行细胞内转运。进入细胞的颗粒有不同的归宿：小窝蛋白包裹的纳米颗粒 (小窝体) 避免溶酶体降解，最终转运至不同的细胞器，而其余的 MNPs 内吞导致早期或晚期内体形成，随后它们与溶酶体融合或发生内体逃逸，最终通过细胞质离开细胞或进入细胞核。via 细胞质或进入细胞核。[20], [21] MNPs 在这些过程中的一个关键因素是蛋白质冠 (PC)。
进入人体后，MNPs 可吸附一层游离蛋白质形成 PC，[22] 其受 MNPs 的理化特性 (大小、表面电荷、形状、材料、亲水性和疏水性)、游离蛋白质本身 (等电点、蛋白质浓度、表面残基) 以及环境条件 (pH、孵育时间) 的影响。PC 的形成反过来影响 MNPs 细胞摄取效率。[23], [24], [25] 为探讨 MNPs 的两个因素 (大小和表面电荷) 对 PC 形成和生物学效应的影响，并阐明它们在复杂环境中如何协同影响 MNPs 的命运，我们使用了两种大小 (200 nm 和 2μm) 和表面电荷 (正电荷和负电荷) 的 MNPs 进行研究。
Caco-2 细胞是一种人结直肠腺癌细胞，在微孔膜上培养 21 天后会发生自发分化并形成极性单层。这些细胞表现出与肠粘膜上皮细胞相似的结构和功能特性 [26]，是研究吸收和转运最广泛使用的 体外 模型之一 [27]。基于此，我们使用 Caco-2 细胞模型研究 MNPs 的肠细胞摄取。
为了排除形态、聚合物类型、形状、添加剂、老化程度和共污染物等混杂因素，因果效应，并首先独立分析两个基本理化参数“电荷”和“大小”对 PC、聚集和细胞摄取的定量关系。选择具有不同表面电荷 (正和负) 和大小 (200 nm 和 2μm) 的聚苯乙烯 (PS) 微球作为模型 MNPs。这些颗粒在无血清和含 20% 血清的培养基中孵育不同时长，并在大小、形态、ζ电位和拉曼光谱方面进行表征。随后，洗脱 MNPs 表面的 PC 以分析其含量和组成。此外，将 MNPs 和 MNPs-PC 悬浮液加入 Caco-2 细胞中，在不同暴露时间及使用各种抑制剂后测量细胞摄取，以评估 PC 对摄取效率和机制的影响。此外，将 MNPs-PC 悬浮液加入 Caco-2 细胞单层模型中，以比较跨上皮转运效率的差异。
