纳米材料影响肠道微生物组和免疫系统相互作用

纳米材料氧化石墨烯 - 用于从电子产品到生物分子传感器的所有事物 - 可以通过肠道微生物组间接影响免疫系统，正如卡罗林斯卡学院研究人员对斑马鱼的一项新研究所显示的那样。研究结果发表在《自然纳米技术》杂志上。

“这表明我们必须将肠道微生物组纳入我们对纳米材料如何影响免疫系统的理解中，”该论文的通讯作者，卡罗林斯卡学院环境医学研究所教授Bengt Fadeel说。“我们的研究结果对于识别纳米材料的潜在不利影响以及减轻或预防新材料中的这种影响非常重要。

石墨烯是一种极薄的材料，比人类头发细一百万倍。它由单层碳原子组成，比钢强，但柔韧、透明、导电。这使得它在许多应用中非常有用，包括配备可穿戴电子设备的“智能”纺织品以及作为复合材料的组成部分，以提高现有材料的强度和导电性。

随着石墨烯基纳米材料的使用增加，需要研究这些新材料如何影响身体。众所周知，纳米材料会影响免疫系统，近年来的一些研究表明，它们也会影响肠道微生物组。这些细菌自然存在于胃肠道中。

纳米材料，肠道微生物组和免疫力之间的关系一直是使用斑马鱼进行的本研究的主题。研究的纳米材料是氧化石墨烯，可以描述为石墨烯的亲戚，由碳原子和氧原子组成。与石墨烯不同，氧化石墨烯可溶于水，并且作为例如在体内输送药物的一种手段，对医学研究感兴趣。

在这项研究中，研究人员通过水将成年斑马鱼暴露于氧化石墨烯中，并分析了它如何影响微生物组的组成。他们使用正常鱼和肠道细胞中缺乏称为芳烃受体的受体分子的鱼，通常缩写为AhR，是各种内源性和细菌代谢物的受体。

AhR影响肠道微生物组

“我们能够证明，当我们将鱼暴露于氧化石墨烯时，肠道微生物组的组成发生了变化，即使是在低剂量下，并且AhR也会影响肠道微生物组，”该研究的第一作者，卡罗林斯卡学院环境医学研究所博士后研究员郭涛彭说。

研究人员还产生了完全缺乏天然肠道微生物组的斑马鱼幼虫，这使得研究单个微生物组成分的影响成为可能，在这种情况下，丁酸(一种脂肪酸)是由某些类型的肠道细菌分泌的。已知丁酸能够与AhR结合。

这样做，研究人员发现氧化石墨烯和丁酸的组合在鱼中产生了所谓的2型免疫力。结果证明，这种效果取决于AhR在肠细胞中的表达。

“这种类型的免疫通常被视为对寄生虫感染的反应。我们的解释是，肠道免疫反应可以以类似于处理寄生虫的方式处理氧化石墨烯，“彭国涛说。

使用一种先进的方法来绘制免疫细胞，研究人员还能够证明在斑马鱼幼虫中发现了一种称为先天淋巴细胞的免疫系统成分。

“这表明斑马鱼是研究免疫系统的良好模型，包括原始或先天免疫系统，”Bengt Fadeel说。