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2020-12-17
奈米銀對斑馬魚胚胎的離子細胞毒害
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圖一:以掃描式離子電極技術檢測離子細胞功能的損傷。
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圖二:離子細胞數量及外觀受奈米銀毒性影響。

【本報導由生命科學系 林豊益教授研究團隊提供】

在21世紀,奈米科技快速發展,應用十分廣泛,使得人類接觸各種不同奈米顆粒的機會增加,針對其毒性的研究,也相形越來越重要,但在金屬奈米顆粒對於魚類離子細胞的潛在毒性反應仍未有充分的研究。此外,奈米銀是使用度最高的奈米金屬,在環境中最常被檢測出。本篇的研究以斑馬魚胚胎為動物模式,探討奈米銀對水生的魚類所造成的毒性反應。斑馬魚胚胎浸泡於奈米銀96小時後,檢測其全身離子含量及皮膚上離子細胞的數量和功能,發現魚體鈉離子、鉀離子和鈣離子等含量都會下降,魚體排酸的功能也降低。而皮膚上負責離子吸收與排酸的離子細胞數目會減少,型態也從橢圓形變形為棘狀形。本研究首次證實奈米銀對魚類離子調節細胞與功能會造成傷害,進而導致魚類死亡。此外魚類離子細胞和人類腎臟細胞在功能及細胞特性上有高度相似之處,因此研究結果顯示奈米銀也會對人類的腎臟細胞有潛在毒性。

奈米技術是一個新興的研究領域,而且是發展最快的科學領域之一。它廣泛地出現在我們日常生活中,因此也引起了人們對其在環境中潛在毒性的進一步關注。奈米銀是最常被使用的奈米金屬,常被用來作為抗菌劑、藥物和基因療法的載體、傷口敷料、化妝品、家用電器和電子產品。這些應用同時使奈米銀暴露於環境和人類的機會增加。過去已經有研究顯示,奈米銀對哺乳類動物的皮膚、肝臟、肺臟、大腦、血管系統和生殖器官的細胞具有毒性。

斑馬魚(Danio rerio)作為動物模型有許多優點,包括易於養殖、體積小、容易處理、快速發育與胚胎的光學透明性。此外,在斑馬魚和人類之間,其基因和許多器官系統有高度的相似。過去一些研究選擇了斑馬魚作為動物模型,探索奈米銀在人類體內系統中的毒性,研究發現長時間暴露於奈米銀環境下,造成胚胎毒性、毛細胞毒性、神經毒性、行為影響和呼吸道毒性,然而對魚類離子調節是否有害仍不清楚。魚類離子細胞的功能是在維持魚類的體內離子和滲透壓穩定,且離子細胞內富含線粒體細胞,而奈米銀的毒性機轉和破壞線粒體內膜,導致細胞死亡相關性高,因此離子細胞比其他細胞對奈米銀可能更加敏感。

本研究將斑馬魚的胚胎浸泡於奈米銀96小時,檢測魚體內離子含量及皮膚上離子細胞的數量和功能。發現暴露於奈米銀96小時後,魚體鈉離子和鉀離子含量在奈米銀濃度為1和3 mg/L組別中顯著下降,而鈣離子含量在濃度 ≥ 0.1 mg/L時下降,顯示鈣離子調控的失衡為其主要毒性反應。本研究也首次利用非侵入的離子掃描微電擊技術證實離子細胞功能受損(圖一)。離子細胞以rhodamine 123標記後,發現其密度在1和3 mg/L時顯著降低, 而離子細胞外觀也從橢圓形變形為棘狀形(圖二)。

本研究是首次提供活體證據證實奈米銀會對水生魚類離子調節產生傷害,離子細胞內因富含粒線體是奈米銀危害重要的指標細胞。過度的損害離子細胞會導致魚體離子流失,是魚類致死的主因之一。此外魚類離子細胞和人類腎臟細胞在功能及細胞特性上有高度相似之處,因此奈米銀也可能會對人類的腎臟細胞有潛在毒性。

原文出處:研究發展處研究亮點網

原始連結:https://rh.acad.ntnu.edu.tw/tw/article/content/60

林豊益 教授 | 生命科學系生命科學系林豊益教授研究專長是魚類環境生理與毒理學。研究主題主要是利用斑馬魚與青鱂魚這兩種模式物種進行研究,探討環境因子以及環境汙染物對魚類所造成的生理影響與毒性危害。

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