近日，廈門大學左正宏教授團隊在《Small》雜志上發(fā)表題為“Black Phosphorus Quantum Dots Cause Nephrotoxicity in Organoids, Mice and Human Cells”的研究論文。該研究成功構(gòu)建了腎類器官模型并利用該模型篩查了多種代表性量子點(Quantum dots)納米材料生物安全性，發(fā)現(xiàn)了新型納米材料黑磷量子點(Black phosphorus quantum dots, BP-QDs)具有潛在腎毒性，并首次深入闡述和證明了BP-QDs經(jīng)過非折疊蛋白反應(yīng)調(diào)控腎臟損傷及胰島素敏感性降低的毒性機制。

類器官(organoids)是指在體外環(huán)境下培育形成具備類似真實器官的3D結(jié)構(gòu)，能部分模擬來源組織或器官的生理功能，維持細胞對藥物、污染物的代謝能力，在器官發(fā)育、疾病模型、藥物篩選和毒理學評價等方面具有廣闊應(yīng)用前景。研究團隊采用小鼠腎臟組織分離出的細胞，結(jié)合微流控技術(shù)生成具有腎小管、腎小球樣結(jié)構(gòu)的腎類器官。該系統(tǒng)能夠以每秒5個的速度形成類器官前體，一只小鼠可以制備出數(shù)千個結(jié)構(gòu)類似、大小均一的腎類器官。

研究團隊利用該類器官篩查評估了多種代表性QDs潛在腎毒性，發(fā)現(xiàn)新型納米材料BP-QDs具有較高毒性，并在小鼠和人腎小管上皮細胞中得到了進一步證實。BP是一種新型納米材料，在半導體和光電性能等方面優(yōu)異于石墨烯和二維過渡金屬硫化物。相比BP納米片，BP-QDs沒有邊緣效應(yīng)和量子限制，三個維度均處于納米范圍內(nèi)，具有更高光穩(wěn)定性、光熱轉(zhuǎn)換效率和光催化效率，在光電子、能源和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣闊前景。然而，BP-QDs生物安全性研究剛剛起步，對人體健康效應(yīng)不明。因而，研究團隊繼續(xù)深入研究，發(fā)現(xiàn)了BP-QDs暴露會導致腎臟胰島素敏感性降低和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ER stress)，進一步闡明了BP-QDs引起ER stress激活非折疊蛋白反應(yīng)下游IRE1α/XBP1s支路抑制了IR/IRS/PI3K/AKT信號從而介導腎小管細胞上皮細胞毒性和胰島素敏感性降低。該研究利用類器官、小鼠和人類細胞綜合評估了BP-QDs納米材料的生物安全性，并揭示了BP-QDs急性腎臟損傷新的分子機制，為納米材料導致腎臟損傷提供潛在干預策略和靶點。

廈門大學生命科學學院左正宏教授、何承勇副教授和清華-伯克利深圳學院馬少華助理教授為共同通訊作者，廈門大學何承勇副教授、碩士生阮鋒凱和清華-伯克利深圳學院博士生蔣盛威為該論文的共同第一作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃項目、廈門大學校長基金和廈門大學細胞應(yīng)激生物學國家重點實驗室開放研究基金的資助。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202001371