体内的微纳塑料是在细胞分裂过程中传递的

诸平

之前介绍过有关微塑料的消息：“首次从植物叶子上的水中发现了微塑料”、“微塑料成为病原体和抗药性细菌的“中心””、“科学家首次在血液中发现微塑料”以及“微塑料研究（医学与健康）高引论文（≥200次）”。今天再来介绍奥地利维也纳医科大学(Medical University of Vienna)2024年3月6日提供的消息，奥地利和德国的研究人员合作发现了体内的微-纳米塑料是在细胞分裂过程中传递的（Micro- and nanoplastics in the body are passed on during cell division）。

研究人员已经知道胃肠道是人体微塑料颗粒和纳米塑料颗粒(micro and nanoplastic particles简称MNPs)的主要储存场所。在奥地利格拉茨CBmed有限公司（CBmed GmbH in Graz）的领导下，一个由奥地利维也纳大学（University of Vienna）、维也纳医科大学和其他合作伙伴组成的研究联盟，目前正在研究微小的塑料颗粒对人体胃肠道癌细胞的影响。研究表明，MNPs在细胞中停留的时间比之前假设的要长得多，因为它们在细胞分裂过程中被传递给新形成的细胞。最初的迹象也被发现，塑料颗粒可以促进肿瘤的转移。相关研究结果于2024年2月27日已经在《化学圈》（Chemospheres）杂志网站发表——Ekaterina Brynzak-Schreiber, Elisabeth Schögl, Carolin Bapp, Klaudia Cseh, Verena Kopatz, Michael A. Jakupec, Andreas Weber, Tobias Lange, José L. Toca-Herrera, Giorgia del Favero, Wolfgang Wadsak, Lukas Kenner, Verena Pichler. Microplastics Role in Cell Migration and Distribution During Cancer Cell Division. Chemospheres, 2024, 353: 141463. DOI: 10.1016/j.che-mosphere.2-024.141463. Published Date:  27 February 2024. https://doi.org/10.1016/j.che-mosphere.2-024.141463

参与此项研究的有来自奥地利维也纳大学（University of Vienna, Vienna, Austria）、维也纳自然资源与生命科学大学{ University of Natural Resources and Life Sciences Vienna (BOKU), Vienna, Austria}、维也纳医科大学（Medical University of Vienna, Vienna, Austria）、格拉茨CBmed有限公司（CBmed GmbH - Center for Biomarker Research in Medicine, Graz, Styria, Austria）、维也纳兽医大学（University of Veterinary Medicine Vienna, Vienna, Austria）；德国汉堡-埃彭多夫大学医学中心（University Medical Center Hamburg-Eppendorf, Hamburg, Germany）、德国耶拿大学医院（Jena University Hospital, Jena, Germany）以及德国中部综合癌症中心{Comprehensive Cancer Center Central Germany (CCCG), Germany}的研究人员。

除了呼吸作用外，摄取是MNPs进入生物体的最重要途径。进入胃肠道的塑料微粒的重量可达一张信用卡的重量（约5克左右)。由维也纳大学及CBmed有限公司的维伦娜·皮切勒（Verena Pichler）和维也纳医科大学、CBmed有限公司以及维也纳兽医大学的卢卡斯·肯纳（Lukas Kenner）领导的研究小组，研究了MNPs与各种结肠癌细胞之间的相互作用。

在他们的分析中，他们不仅能够展示MNPs如何进入细胞以及它们沉积的确切位置，而且还观察到它们的直接影响:MNPs像体内其他“废物”一样被溶酶体（lysosomes）吸收。溶酶体是细胞器，也被称为“细胞的胃”，分解细胞内的异物。然而，研究人员观察到，与生物来源的异物不同，MNPs由于其外来化学成分而不会被降解。

根据各种因素，MNPs甚至在细胞分裂过程中传递给新形成的细胞，因此可能比最初假设的在人体内更持久。此外，有初步迹象表明MNPs增加了癌细胞向身体其他部位的迁移，从而可能促进肿瘤的转移。这种影响现在将在后续研究中进一步探究。

塑料颗粒越小，危害越大（The smaller, the more harmful）

与细胞迁移相关的结直肠癌细胞行为的改变，主要是由于与小于1 μm (1 μm = 0.001 mm)的塑料颗粒相互作用而观察到的。这种大小的颗粒通常被称为纳米塑料，其出现频率是水瓶中微塑料的10~100倍。毫无疑问，塑料颗粒越小，危害越大。“这再次与我们的分析结果一致，”维伦娜·皮切勒强调说。卢卡斯·肯纳补充说:“我们的研究还证实了最近的发现，即MNPs可以影响细胞行为，并可能导致疾病的进展。”

卢卡斯·肯纳说:“鉴于塑料在环境中无处不在，甚至人类也会持续接触到最小的塑料颗粒，因此迫切需要进一步的研究来调查塑料的长期影响。”维伦娜·皮切勒担心：“可以假设MNPs会导致慢性毒性。”最新的结果和早期的研究表明，它在组织和细胞中具有高吸收率和长滞留性。因此，所调查的颗粒符合毒理学中用于根据欧盟化学品法规{EU Chemicals Regulation (“REACH”)}对物质进行关注分类的3个特征中的2个。

在全球塑料污染危机中，胃肠道是日常接触微塑料和纳米塑料的主要入口点。奥地利与德国研究人员合作研究了聚苯乙烯微纳米塑料 (polystyrene micro- and nanoplastics简称PS-MNPs) 与4种不同的人类结直肠癌细胞系（HT29、HCT116、SW480 和 SW620）之间的复杂动力学。研究结果表明，所有细胞系对0.25、1和10 μm PS-MNPs的摄取均具有显著的尺寸和浓度依赖性，其中 HCT116 细胞表现出最高的摄取率。在细胞分裂过程中，颗粒分布在母细胞和子细胞之间。有趣的是，研究者尚未观察到在细胞中消除的迹象。短期暴露于 0.25 μm 颗粒会显著增强细胞迁移，可能导致促转移效应。颗粒在2D和3D培养物中表现出高度持久性，并在球体的非增殖部分积聚，而不干扰细胞增殖或分裂。此研究揭示了MNPs在结直肠癌细胞系中的持久性和生物累积性这一令人不安的事实，以及REACH（化学品注册、评估、授权和限制条例）规定的关键毒理学特征。研究者的观察强调了MNPs作为肿瘤进展的隐藏催化剂的潜力，特别是通过增强细胞迁移并可能促进转移——这一发现揭示了一个重要且先前未充分探索的关注领域。

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

Abstract

Amidst the global plastic pollution crisis, the gastrointestinal tract serves as the primary entry point for daily exposure to micro- and nanoplastics. We investigated the complex dynamics between polystyrene micro- and nanoplastics (PS-MNPs) and four distinct human colorectal cancer cell lines (HT29, HCT116, SW480, and SW620). Our findings revealed a significant size- and concentration dependent uptake of 0.25, 1, and 10 μm PS-MNPs across all cell lines, with HCT116 cells exhibiting the highest uptake rates. During cell division, particles were distributed between mother and daughter cells. Interestingly, we observed no signs of elimination from the cells. Short-term exposure to 0.25 μm particles significantly amplified cell migration, potentially leading to pro-metastatic effects. Particles demonstrated high persistence in 2D and 3D cultures, and accumulation in non-proliferating parts of spheroids, without interfering with cell proliferation or division. Our study unveils the disturbing fact of the persistence and bioaccumulation of MNPs in colorectal cancer cell lines, key toxicological traits under REACH (Regulation concerning the Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals). Our observations underscore the potential of MNPs as hidden catalysts for tumor progression, particularly through enhancing cell migration and possibly fueling metastasis - a finding that sheds light on a significant and previously underexplored area of concern.