Микрорезина, являясь важной подгруппой микропластика, ввиду своей стойкости в окружающей среде и потенциальной угрозы для водных экосистем превратилась в глобальную экологическую проблему. Благодаря своим крошечным размерам такие частицы легко попадают в организм различных водных организмов, после чего накапливаются в пищевой цепи, усиливая их токсическое воздействие на разных трофических уровнях. В то же время, Микрогранулы из каучука Процессы старения и биодеградации высвобождают более мелкие наночастицы, обладающие повышенной биодоступностью и токсичностью, что ещё больше усиливает угрозу для водных организмов и здоровья человека. Среди многочисленных источников микрорезинового загрязнения, Частицы износа шин (ТВП) и Латексные частицы (LAP) особенно заметен: TWP образуется в результате эксплуатации транспортных средств и состоит из сложной смеси каучука, наполнителей и добавок; попадая в водные объекты посредством стока, его выщелачивающие растворы, как было доказано, вызывают у водных организмов… Окислительный стресс — токсические эффекты, включая нарушения развития; LAP, в свою очередь, широко присутствует в таких потребительских товарах, как подушки, матрасы и медицинские перчатки, и попадает в окружающую среду вследствие неправильной утилизации и стока, однако до сих пор исследования его водной токсичности остаются весьма ограниченными. Эмбрионы данио‑рерио, благодаря своей прозрачной эмбриональной структуре, быстрому развитию и генетическому сходству с человеком, представляют собой идеальную модель для изучения развивающейся токсичности загрязнителей, обеспечивая эффективный инструмент для оценки токсикологического воздействия выщелачиваемых растворов TWP и LAP.

Несмотря на то что присутствие TWP и LAP в окружающей среде уже подтверждено, текущие исследования по‑прежнему характеризуются рядом существенных недостатков. С одной стороны, отсутствует всестороннее и системное понимание их экстракционных свойств и токсикологических эффектов на водные организмы; при этом исследования водной токсичности LAP заметно отстают, а различия между TWP и LAP по интенсивности токсического воздействия и лежащим в основе механизмам пока не выяснены. С другой стороны, в имеющихся работах недостаточно детально раскрыты молекулярные механизмы токсичности, обусловленной вымыванием микрогуммовых частиц, в частности такие как оксидативный стресс, Ферроптоз Конкретные роли и различия потенциальных путей воздействия в токсичности TWP и LAP пока не выяснены. Кроме того, хотя в ряде исследований отмечалось, что содержащиеся в TWP и LAP тяжёлые металлы (например, цинк) и органические соединения (например, производные бензотиазола) могут участвовать в токсических процессах, детали того, как эти компоненты взаимодействуют и приводят к различным токсическим эффектам, требуют дальнейшего углублённого изучения. Эти пробелы в исследованиях затрудняют точную оценку экологического риска TWP и LAP и ограничивают разработку целенаправленных мер регулирования.

В ответ на указанные выше проблемы исследовательская группа, состоящая из сотрудников Циндаоского университета науки и технологий и Циндаоской центральной больницы, провела углублённое исследование с использованием настольных сканирующих электронных микроскопов серии ZEM компании Zeyou Technology. Они провели систематическое сравнение токсичности экстрактов частиц износа шин (TWP) и латексных частиц (LAP) на эмбрионы данио‑рерио, установив, что экстракт LAP обладает более выраженной токсичностью; ключевыми механизмами оказались оксидативный стресс и ферроптоз, а также были выявлены различия в их токсикологических путях. Соответствующие результаты опубликованы в журнале «Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology» под названием «Экологическая токсичность экстрактов частиц износа шин и латексных частиц у эмбрионов данио‑рерио: оксидативный стресс и ферроптоз как ключевые механизмы».

В данной работе в качестве модели исследования использовались эмбрионы данио‑рерио, что позволило глубоко изучить экологическую токсичность и механизмы действия вытяжек из частиц износа шин (TWP) и латексных частиц (LAP). В ходе эксперимента эмбрионы данио‑рерио подвергались пятидневному воздействию вытяжек при различных концентрациях — 0, 0,5, 2,5, 5, 7,5 и 10 г/л. С помощью комплексного применения методов мониторинга физиологических показателей, определения маркеров оксидативного стресса, транскриптомного анализа и экспериментов по функциональному спасению была системно сравнена токсичность вытяжек двух типов частиц и выявлены их потенциальные молекулярные механизмы.

На этапе подготовки эксперимента исследовательская группа получила частицы TWP и LAP методом механического измельчения, а затем с помощью настольного сканирующего электронного микроскопа компании Zeyou Technology оценила их поверхностную морфологию и распределение размеров частиц, установив, что размеры частиц находятся в диапазоне 150–180 мкм и их поверхность характеризуется шероховатостью и нерегулярной структурой. После выщелачивания изображения, полученные при помощи СЭМ, показали появление трещин на поверхности частиц и увеличение степени шероховатости; этот феномен служит морфологическим подтверждением того, что в процессе выщелачивания частицы высвобождают тяжёлые металлы и органические соединения. Химический анализ далее выявил, что концентрация цинка в выщелачивающем растворе LAP значительно превышает соответствующий показатель для TWP и при этом в нём обнаружены уникальные производные бензотиазола, тогда как выщелачивающий раствор TWP содержит такие токсичные вещества, как 3‑амин‑s‑триазол; эти различия в составе могут являться важной причиной различий в токсичности указанных материалов.

Результаты оценки физиологической токсичности показали, что токсичность вытяжки LAP значительно превышает токсичность вытяжки TWP: при высоких концентрациях смертность, вызванная LAP, выше, задержка инкубации выраженнее, а у эмбрионов отмечаются более заметные деформации — искривление хвоста и позвоночника; кроме того, подавляющее действие на спонтанные движения, частоту сердечных сокращений и длину тела также оказывается более выраженным. Напротив, токсические эффекты вытяжки TWP относительно слабее, и при тех же концентрациях степень повреждения эмбрионов ниже. Анализ оксидативного стресса свидетельствует, что при воздействии LAP наблюдается более значительное повышение уровня малонового диальдегида (MDA) и снижение активности глутатион‑S‑трансферазы (GST), что указывает на более серьёзное оксидативное повреждение и выраженное нарушение функций детоксикационной системы; тогда как при воздействии TWP проявляется определённая адаптивная антиоксидантная реакция.

Транскриптомный анализ выявил различия в механизмах токсичности этих двух веществ: воздействие LAP преимущественно связано с дисрегуляцией генов железного обмена, при этом ферроптоз определён как ключевой токсический путь; воздействие TWP, напротив, запускает детоксикационные реакции за счёт повышения экспрессии генов семейства цитохромов P450 и других. В экспериментах по функциональному спасению ингибитор ферроптоза Ferrostatin‑1, хотя и не привёл к статистически значимому улучшению физиологических показателей, всё же продемонстрировал некоторую тенденцию к их ослаблению в комбинированной группе обработанных образцов, что дополнительно подтверждает роль ферроптоза в токсичности обоих типов частиц. Эти данные предоставляют молекулярные основы для понимания экологических рисков микрорезинового загрязнения и подчёркивают необходимость разработки специфических мер регулирования, учитывающих различия в источниках микрорезины.

Стационарный сканирующий электронный микроскоп серии ZEM компании Цзэюй‑Технолоджи — это высокоинтегрированное, портативное и экономичное научно‑исследовательское оборудование. Оно обеспечивает быструю вакуумизацию, высокую скорость получения изображений и широкий выбор детекторов сигналов, подходит для наблюдения морфологии и анализа состава, а также может быть адаптировано к различным экспериментам in situ. Прибор предъявляет минимальные требования к условиям установки, не зависит от этажности здания, прост в эксплуатации — даже непрофессионалы быстро освоят его; при этом стоимость приобретения и обслуживания значительно ниже, чем у напольных сканирующих электронных микроскопов. В настоящее время он уже стал одним из наиболее предпочитаемых устройств во многих университетах, исследовательских институтах и предприятиях.