Assessment of Nanoplastic-Induced Disruption in Cellular Glutathione Metabolism Using a Bubble-Assisted Photothermal Capture SERS Sensor

化学 谷胱甘肽 氧化应激 谷胱甘肽二硫化物 植物螯合素 平衡 氧化损伤 生物物理学 氧化磷酸化 分析物 生物化学 色谱法 内科学 生物 医学
作者
Ruili Li,Shuting Huang,Shenghong Liu,Qi Liu,Xiaoqing Chen
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:97 (35): 19177-19185
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c02791
摘要

Nanoplastics (NPs) and their aged counterparts (aNPs) pose growing environmental and health risks; however, their impact on cellular redox homeostasis remains poorly understood due to the difficulty in simultaneously assessing the amounts of cellular glutathione (GSH) and corresponding glutathione disulfide (GSSG) using traditional methods. Here, under NP and aNP postexposure, we introduce a photothermal convective capture SERS strategy to directly assess total glutathione (GSHt) and the GSH/GSSG ratio─critical biomarkers of oxidative stress. This method leverages laser-induced bubble formation on Au nanoisland (AuNIs) substrates to concentrate analytes via convective flow without the need for specific linkers or templates, enabling label-free, one-step detection with high sensitivity. Our results demonstrate that NP exposure dose-dependently depletes GSHt and reduces the GSH/GSSG ratio in cells, indicating exacerbated oxidative damage. Notably, aNPs led to a more pronounced decline in GSHt levels and a faster reduction in the GSH/GSSG ratio than nonaged NPs, with prolonged aging, further amplifying cellular sensitivity. Our findings indicate that aNPs introduce additional oxygenated groups into cells, disrupting key biological processes and highlighting the potential risks associated with NP exposure. In conclusion, this study provides a rapid and direct approach to enhance our understanding of NP toxicity in real-world scenarios.
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