美国罗切斯特大学的Sarah E. Morgan博士和Lisa A. DeLouise博士
在Eco-Environment & Health期刊上发表了题为“Assessing bioactivity of environmental water samples filtered using nanomembrane technology and mammalian cell lines”的研究论文。
此研究的目标是从安大略湖近岸水域分离并鉴定微塑料（MPs），进而分析这些微塑料的生物活性。研究团队首先使用氮化硅纳米膜技术，从不同时间点和地点收集的湖水样本中分离出8至20 μm的微塑料（图2a）。接着，利用尼罗红染色和荧光显微镜对这些微塑料进行了鉴定。之后，通过评估HaCaT细胞的活力、芳烃受体（AhR）的活性和IL-6水平，来测试水样过滤后的微塑料残余物的生物活性（图2b）。
图
2.
实验设置：(a) 湖水被收集在1升玻璃瓶中，并在过滤前用偶氮化钠处理，之后通过20微米筛网和8微米氮化硅纳米膜进行过滤；(b) HaCaT细胞暴露于残留物中24小时后，才进行各种终点测试的细胞成分分配（HaCaT指的是不死化的人类角质形成细胞）。
尼罗红染色的结果显示，所有湖水样本中都检测到了微塑料颗粒（图
2a
）。研究团队使用
ImageJ
软件来计算样本中尼罗红阳性区域的面积，以此估测微塑料的含量。结果表明，不同时间点和采样位置的样本中微塑料的含量没有显著差异（图
3b
和
3c
）。
图3. 安大略湖的残留物含有塑料颗粒：(a) 代表性的明场和荧光显微镜图像显示了从安大略湖水样中分离出的、用尼罗红（红色顶部，黑色底部）和台盼蓝（蓝色）染色的残留物，以及每个滤器上尼罗红阳性区域百分比的量化，用以展示 (b) 时间和 (c) 空间趋势；n = 1–3。
在不同时间和地点采集的水样中，分离出的微塑料残余物对HaCaT细胞活力没有显著影响（图4a和4b）。然而，HaCaT细胞在暴露于不同时间收集的水样过滤残余物时，表现出芳烃受体（AhR）活性和IL-6水平的显著差异（图5a和图6a）。由于AhR活性和IL-6水平与微塑料含量之间并未发现显著关联（图5c和图6c），这些残留物的微塑料含量差异无法解释其生物活性变化。因此，作者推测，微塑料残余物在不同时间采集的样品中表现出的细胞活性差异，可能源于这些样品中微塑料的物理化学特性差异。
图4. 暴露于过滤残留物的HaCaT细胞未显示出细胞活力的变化。HaCaT细胞暴露于安大略湖的残留物24小时。代谢活性数据展示了使用从安大略湖滩公园2023年4月收集的样本所呈现的(a)时间和(b)空间趋势。数据通过单向方差分析（ANOVA）并随后进行Tukey多重比较测试进行分析；n=3。ANOVA即方差分析。
此外，研究还发现，采自农村地区的样本中，IL-6水平明显高于城市地区的样本。然而，不同采样点分离出的微塑料残余物的AhR活性和IL-6水平并没有显著变化（图5b和图6b）。这提示，未来可能需要扩大采样规模，以全面评估环境中微塑料对人体细胞的生物活性，进一步揭示样本的物理化学属性及其时空分布对生物活性的潜在影响。
图5. 暴露于不同时间（a）和位点（b）采集的过滤水样MPs残余物的 HaCaT 细胞芳香烃受体（AhR）被激活。AhR活性通过测定CYP1B1转录基因水平来评价。图5c为尼罗红阳性区域面积占比（NR+%）与AhR活性的相关性。
图6. 暴露于特定过滤残留物会激活HaCaT细胞中的AhR（芳烃受体）。通过测量暴露于安大略湖残留物24小时后HaCaT细胞中的CYP1B1 mRNA水平来评估AhR活性。AhR活性的展示包括：(a) 时间趋势，使用从安大略湖滩公园收集的样本；及(b) 空间趋势，使用2023年4月收集的样本。此外，(c) AhR活性作为尼罗红阳性区域的函数进行了分析。
此研究开发了专门用于从安大略湖水样中分离8至20微米大小的微塑料（MPs）并评估其生物活性的创新方法，至今针对这一粒径范围的微塑料研究较少。此技术的推广有望应用于全球其他水体的类似研究。初步结果显示，安大略湖中确实存在微塑料颗粒，并且这些微塑料对人体细胞具有明显的生物活性。研究还强调了需要增加样本采集频率，以深入探讨季节变化和时间长度对微塑料生物活性的潜在影响。此项研究的发现及其采用的方法将极大地促进我们对环境中微塑料暴露对人类健康潜在危害和风险的理解。
此项工作得到了美国国家环境健康科学研究所（NIEHS R01 ES021492）、罗切斯特大学毒理学培训计划（NIEHS T32 ES007026）以及罗切斯特大学环境健康科学中心（NIEHS P30 ES001247）等项目的资助，为该研究提供了坚实的资金支持。
