新生仔マウス脳内におけるナノプラスチックの三次元分布を可視化 — 組織透明化とライトシート顕微鏡を組み合わせ、粒径依存的な脳内分布を解明 —

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2026-07-22 国立環境研究所,大阪大学,早稲田大学

国立環境研究所、大阪大学、早稲田大学の共同研究チームは、組織透明化技術(SeeDB2G)とライトシート蛍光顕微鏡を組み合わせることで、新生仔マウス脳内のナノプラスチック分布を組織切片を作製せず三次元的に可視化する手法を開発した。蛍光標識したポリスチレン製ナノプラスチックを経口投与した結果、粒径50nmの粒子は500nm粒子より腸、腎臓、脳への取り込みが多く、脳内では視床と脳幹で相対的に高い蛍光シグナルが確認された。さらに、ハイパースペクトル画像解析により、観察された蛍光がナノプラスチック由来であることを検証し、解析結果の信頼性を高めた。本研究はナノプラスチックの毒性や健康影響を直接示すものではなく、体内動態や脳内侵入経路を解析するための基盤技術を提示したものである。今後は実環境由来粒子や他臓器への応用、細胞レベルでの局在解析を進めることで、ナノプラスチックの環境リスクや健康影響の解明に貢献することが期待される。

新生仔マウス脳内におけるナノプラスチックの三次元分布を可視化 — 組織透明化とライトシート顕微鏡を組み合わせ、粒径依存的な脳内分布を解明 —
図1 新生仔マウスに経口投与した蛍光ポリスチレン製ナノプラスチックのサイズ依存的生体内分布

<関連情報>

新生マウス脳におけるナノプラスチックの可視化のための組織全体分布解析 Whole-tissue distribution analysis for visualization of nanoplastics in the neonatal mouse brain

Yang Mi, Tomohiro Ito, Kosuke Tanaka, Osamu Udagawa, Masaki Kakeyama, Yasuo Tsutsumi, Fumihiko Maekawa
Journal of Hazardous Materials Advances  Available online: 29 June 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.hazadv.2026.101353

Highlights

  • Oral nanoplastic exposure shows size-dependent biodistribution in neonatal mice.
  • Optical clearing and LSFM enable whole-brain 3D mapping of nanoplastic uptake.
  • Regional brain accumulation was highest after 50 nm PS exposure.
  • Workflow preserves anatomical integrity for quantitative biodistribution analysis.

Abstract

Nanoplastics (NPs) are increasingly recognized as environmental contaminants and have been detected in diverse biological tissues. However, their biodistribution in complex organs remains poorly understood. Conventional section-based imaging restricts spatial context and volumetric analysis, making it challenging to map NP distribution in structurally complex organs such as the brain even with fluorescent labeling. To address these limitations, we developed an integrated workflow combining tissue optical clearing (SeeDB2G) with light-sheet fluorescence microscopy (LSFM). This approach enables three-dimensional visualization of fluorescently labeled polystyrene (PS) NPs in neonatal mouse brains. At postnatal day 0—a critical window of heightened vulnerability due to immature barrier systems and rapid neurodevelopment—pups were orally administered spherical fluorescent 50 nm or 500 nm PSNPs under a high-dose proof‑of‑concept model designed to ensure robust whole-organ fluorescence detection. Fluorescence stereoscopic imaging revealed pronounced organ-level accumulation of 50 nm PSNPs in the intestine, liver, kidney, and brain, compared with markedly lower signals from 500 nm PSNPs 24 h post-exposure. Optical clearing rendered the entire brain transparent with preservation of fluorescence, allowing LSFM to accurately assess regional PSNP accumulation without sectioning. This workflow enabled whole-brain visualization of size-dependent NP uptake, with 50 nm PSNP detected throughout the brain and the highest relative fluorescence signals observed in the thalamus and brainstem. Although the current implementation relies on fluorescent labeling and model NPs, this approach provides a scalable platform for whole-organ biodistribution analysis and lays the foundation for mechanistic studies of barrier permeability, developmental vulnerability, and organ-specific interactions.

生物環境工学
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