近日，廈門大學(xué)左正宏教授團(tuán)隊(duì)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(diǎn)(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(diǎn)(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(jī)制。

類器官(organoids)是指在體外環(huán)境下培育形成具備類似真實(shí)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(xì)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(xué)評價(jià)等方面具有廣闊應(yīng)用前景。研究團(tuán)隊(duì)采用小鼠腎臟組織分離出的細(xì)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(gè)的速度形成類器官前體，一只小鼠可以制備出數(shù)千個(gè)結(jié)構(gòu)類似、大小均一的腎類器官。

研究團(tuán)隊(duì)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(xì)胞中得到了進(jìn)一步證實(shí)。BP是一種新型納米材料，在半導(dǎo)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(gè)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(tuán)隊(duì)繼續(xù)深入研究，發(fā)現(xiàn)了BP-QDs暴露會(huì)導(dǎo)致腎臟胰島素敏感性降低和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ER stress)，進(jìn)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(dǎo)腎小管細(xì)胞上皮細(xì)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(xì)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(jī)制，為納米材料導(dǎo)致腎臟損傷提供潛在干預(yù)策略和靶點(diǎn)。

廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院左正宏教授、何承勇副教授和清華-伯克利深圳學(xué)院馬少華助理教授為共同通訊作者，廈門大學(xué)何承勇副教授、碩士生阮鋒凱和清華-伯克利深圳學(xué)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(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、廈門大學(xué)校長基金和廈門大學(xué)細(xì)胞應(yīng)激生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金的資助。

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