聚苯乙烯微纳米塑料的细胞毒性检测方法研究及毒性影响因素探讨

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微纳米塑料作为新兴污染物,已广泛分布于土壤、淡水和海洋环境中,对生物影响引起了人们的广泛关注。研究表明微纳米塑料能够通过食物链层层富集,最终进入到人体内,对人体组织和细胞产生氧化损伤。尽管目前已有研究报道了微纳米塑料能够诱导细胞产生活性氧,引起细胞活力下降。然而,关于细胞毒性的影响因素探讨尚缺乏研究,且细胞活性氧(ROS)的检测主要采用DCFH-DA荧光探针法,该方法容易受到光照射的影响。本文以聚苯乙烯微纳米塑料和He La细胞为研究对象,通过对DCFH-DA荧光探针法的研究,改进了一种更加稳定、灵敏的细胞内ROS检测方法;随后用于探究微纳米塑料细胞毒性的影响因素及其机制。主要结果如下:本文首先基于DCFH-DA荧光探针,研究了ROS检测的影响因素。发现光照后,p H值高于7.4时,DCFH-DA溶液的荧光信号明显增强,荧光信号的增加归因于DCFH-DA的自氧化过程。当溶液中存在DCFH和DCF时,光照射可以使DCF引发链式反应,不断地将DCFH转化为DCF,从而使荧光信号增加。而在光照射的开始阶段,即当DCF的量与DCFH(DCFH-DA)相比可忽略不计时,样品之间的荧光密度之比在光照射后保持不变。在此基础上,本文通过光照射开发了一种更加稳定、灵敏的细胞内ROS检测方法,揭示了光照射下荧光信号成比例增加的新见解。该方法成功应用于检测过氧化氢和纳米塑料诱导He La细胞产生的ROS。随后,基于改进的细胞ROS检测方法,研究了聚苯乙烯微纳米塑料细胞毒性的影响因素。结果表明,塑料颗粒的细胞毒性主要呈现出粒径-剂量依赖效应,随着塑料粒径变小和浓度的增加,细胞的毒性增加。其中,20 nm塑料表现出最高的细胞毒性,其IC50为51.13 mg/L(4 h),在500 mg/L浓度下产生大量的ROS,从而抑制细胞活性,诱导细胞发生凋亡。暴露时间的增加,使20 nm和30 nm塑料的细胞毒性增加。在4 h和24 h暴露下,20 nm塑料IC50分别为51.13 mg/L和11.94 mg/L,30nm塑料IC50分别为19.68 mg/L和92.73 mg/L。而100 nm塑料在1~100 mg/L时,暴露时间的延长对细胞活性具有明显的刺激作用,对于1μm塑料,暴露时间的延长对细胞活性无明显影响。当暴露环境中添加血清,可以使塑料颗粒形成蛋白冠,增加颗粒的尺寸,导致塑料颗粒聚集,使纳米塑料难以进入到细胞内,从而降低细胞毒性。荧光显微镜观察结果表明,20 nm和30 nm塑料颗粒能够穿透细胞膜,在细胞质内积累,而100 nm和1μm塑料颗粒仅吸附在细胞表面和边缘。
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