正如一項關於斑馬魚的新研究所顯示的那樣，納米材料石墨烯氧化物–它被用於從電子到生物分子傳感器的所有領域–可以通過腸道微生物組間接影響免疫系統。該研究結果在《自然-納米技術》雜誌上報告。

“該論文的通訊作者、瑞典卡羅林斯卡學院環境醫學研究所教授Bengt Fadeel說：”這表明我們必須將腸道微生物組納入我們對納米材料如何影響免疫系統的理解。研究結果對於確定納米材料的潛在不利影響以及在新材料中減輕或防止這種影響非常重要。”

石墨烯是一種極薄的材料，比人的頭髮還要薄一百萬倍。它由單層碳原子組成，比鋼鐵更堅固，但又有彈性、透明和導電性。這使得它在眾多的應用中極為有用，包括在配備有可穿戴電子設備的”智能”紡織品中，以及作為複合材料的組成部分，以增強現有材料的強度和導電性。

隨著石墨烯基納米材料使用的增加，需要研究這些新材料如何影響身體。人們已經知道納米材料會對免疫系統產生影響，近年來的一些研究表明，它們也會影響腸道微生物組，即胃腸道中自然存在的細菌。

納米材料、腸道微生物組和免疫力之間的關係是本研究使用斑馬魚進行的主題。被調查的納米材料是氧化石墨烯，它可以被描述為石墨烯的一個相對物，由碳原子和氧原子組成。與石墨烯不同，氧化石墨烯可溶於水，是醫學研究的興趣所在，例如，作為在體內輸送藥物的一種手段。

在這項研究中，研究人員讓成年斑馬魚通過水接觸氧化石墨烯，並分析了它如何影響微生物組的組成。他們既使用了正常的魚，也使用了在其腸道細胞中缺乏一種叫做芳烴受體（通常縮寫為AhR）的受體分子的魚，這是一種對各種內源性和細菌性代謝物的受體。

“我們能夠表明，當我們將魚暴露在氧化石墨烯中時，腸道微生物組的組成發生了變化，即使是低劑量，AhR也會影響腸道微生物組，”該研究的第一作者、卡羅林斯卡學院環境醫學研究所的博士後研究員彭國濤說。

研究人員還生成了完全缺乏天然腸道微生物組的斑馬魚幼體，這使得研究個別微生物組成分的影響成為可能，在這種情況下，丁酸（一種脂肪酸），它由某些類型的腸道細菌分泌。眾所周知，丁酸能夠與AhR結合。

這樣做，研究人員發現，氧化石墨烯和丁酸的組合在魚體內產生了所謂的2型免疫力。結果發現，這種效果取決於腸道細胞中AhR的表達。

“這種類型的免疫力通常被視為對寄生蟲感染的一種反應。”彭國濤說：”我們的解釋是，腸道免疫反應可以以類似於處理寄生蟲的方式處理氧化石墨烯。”

使用一種先進的免疫細胞繪圖方法，研究人員還能夠表明，在斑馬魚幼蟲中發現了一種叫做先天淋巴細胞的免疫系統組成部分。這表明斑馬魚是研究免疫系統的一個良好模型，包括原始或先天免疫系統。