利用神經類器官3D體外模型研究有機磷阻燃劑的發育神經毒性



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更新日期:2020-10-29

       美國「動物試驗替代方法研究中心」(Center for Alternatives to Animal Testing, CAAT)利用3D神經器官體(organoid)體外(in vitro)模型研究傳統溴系阻燃劑(brominated flame retardants, BFR)與其取代品有機磷阻燃物(organophosphorus flame retardants, OPFR)的發育神經毒性(developmental neurotoxicity),於2020年10月發表在毒理學檔案(Archives of Toxicology)期刊。

實驗設計示意圖:大鼠腦球體於體外培養4天及21天後取樣進行代謝體學和轉錄體學分析

       阻燃劑(FR)是具有難燃性和自熄性的合成助劑,其全球生產和使用量僅次于增塑劑,而具有持久性和生物累積性的阻燃劑污染也成為重要環保議題。由於法規禁止與業者自願性取代,傳統多溴化二苯醚(halogenated polybrominated diphenyl ether, PBDE)阻燃劑已逐漸被有機磷阻燃劑(OPRF)取代。

       CAAT研究團隊利用3D神經器官體(organoid)體外模型(由大鼠的初代胚胎腦組織分離出神經細胞,經分化培養為腦球體(brainsphere, mini-brain)),分析用量最多的PBDE同源物(BDE-47)與4種OPFR,包括異丙基磷酸苯酯(isopropylated phenyl phosphate , IPP)、磷酸三苯酯(triphenyl phosphate, TPHP)、異癸基二苯基磷酸酯(isodecyl diphenyl phosphate, IDDP)和磷酸三甲苯酯(也稱為三甲基苯基磷酸酯, TMPP),比較這些化合物造成的發育神經毒性。基於利用質譜分析(mass spectrometry)的代謝體學(metabolomics)與轉錄體學(transcriptomics)研究,觀察到在接近對於人體無細胞毒性的濃度(0.1–5 µM)時,OPFR的發育神經毒性作用更強。所有阻燃劑(PBDE與4種OPFR)都會降低神經傳導物質穀胺酸(glutamate)和GABA(除了BDE-47和TPHP)。此外,所有OPFR也會減少被認為是神經學診斷分子的N-乙醯天門冬胺酸(n-acetyl aspartate, NAA)。在相似的濃度下,目前使用的FR會降低細胞膜多巴胺活性轉運體(dopamine transporter)的表現,而BDE-47不會造成此現象。同時也發現OPFR會引起星狀膠質細胞增生,而BDE-47則不會。在5 µM濃度,OPFR比BDE-47更會干擾髓鞘的生成(myelination)。細胞激素(cytokine)基因和受體的表現增加顯示暴露於OPFR可能引起發炎反應。藉由路徑/分類的基因表現差異分析(over-representation analysis)顯示受到影響的功能有:(1)活性電位傳遞、細胞間訊號、突觸訊號傳遞、受體信號;(2)免疫反應、發炎、防禦反應;(3)細胞週期;(4)脂質代謝和運輸。總結,這些用來取代BFR的OPFR在初代大鼠3D模型並不具較低的發育神經毒性。

參考文獻:Organophosphorus flame retardants are developmental neurotoxicants in a rat primary brainsphere in vitro model

國家環境毒物研究中心「環境毒物知多少」:磷酸酯阻燃劑 Phosphate Ester Flame Retardants

編譯:徐如欣 研究助理、鄭獻仁 博士/兼任助理教授

校稿:鄭獻仁 博士/兼任助理教授、林嬪嬪 研究員