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Quantifying Cellular Uptake of Nanoplastics In Vitro : A Workflow for Fluorescently Labeled Nanosized Polystyrene Particles

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Kirchner, Markus J. ; Bennet, Francesca ; Duijndam, Adriaan J. A. ; Meirer, Florian ; Laforsch, Christian ; Roloff, Alexander:
Quantifying Cellular Uptake of Nanoplastics In Vitro : A Workflow for Fluorescently Labeled Nanosized Polystyrene Particles.
In: ACS Omega. (28 Juli 2026) .
ISSN 2470-1343
DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.6c02589

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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
POLYRISK - Understanding human exposure and health hazard of micro- and nanoplastic contaminants in our environment
964766
SFB 1357: MIKROPLASTIK – Gesetzmäßigkeiten der Bildung, des Transports, des physikalisch-chemischen Verhaltens sowie der biologischen Effekte: Von Modell- zu komplexen Systemen als Grundlage neuer Lösungsansätze
391977956

Projektfinanzierung: 7. Forschungsrahmenprogramm für Forschung, technologische Entwicklung und Demonstration der Europäischen Union
Deutsche Forschungsgemeinschaft
Andere
German Federal Institute for Risk Assessment

Abstract

The accumulation of micro- and nanoplastics (MNPs) in the environment increasingly entails human exposure to this class of highly diverse polymer particles. To evaluate potential risks to human health, hazard assessments commonly involve in vitro testing using human-derived cell lines to establish dose–response relationships for MNPs. However, the reliable quantification of actual particle uptake in cells is particularly challenging for nanoscale materials (particles less than 1 μm in size). We present a workflow for the characterization and quantification of the in vitro uptake of fluorescently labeled polystyrene (PS) nanoparticles in human-derived A549 lung epithelial cells as a relevant model for inhalation exposure. This study employs well-characterized PS nanobeads with a mean diameter of 180 nm. The semiquantitative characterization of uptake by confocal fluorescence microscopy and flow cytometry is complemented by two orthogonal quantification methods based on automated fluorescence imaging microscopy and online pyrolysis gas chromatography mass spectrometry (Py-GC-MS), the latter also rendering unlabeled MNPs accessible. Applying the developed workflow, we confirm that PS nanoplastics are taken up in significant amounts by A549 cells. Analysis by flow cytometry revealed that almost all cells take up particles. Applying an automated high-throughput fluorescence microscopy platform, we determined a dose-dependent uptake resulting in an average accumulation of 1100 ± 450 particles per cell (mean ± SD) when incubated for 24 h with the highest tested dose of 31 μg·cm–2. These findings were confirmed by Py-GC-MS, a method used for MNP quantification in human cells in vitro for the first time, yielding on average 3.2 ± 0.6 pg PS (950 ± 200 particles) per cell. The workflow described in this study facilitates characterization and quantification of cellular MNP uptake in vitro, allowing for the calculation of average particle counts and polymer mass contents of nanosized plastic particles per cell.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: Microscopy; Polymer particles; Fluorescence; Anatomy; Nanoparticles
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Biologie
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Biologie > Lehrstuhl Tierökologie I
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Biologie > Lehrstuhl Tierökologie I > Lehrstuhl Tierökologie I - Univ.-Prof. Dr. Christian Laforsch
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung - BayCEER
Forschungseinrichtungen > Sonderforschungsbereiche, Forschergruppen > SFB 1357 - MIKROPLASTIK
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 550 Geowissenschaften, Geologie
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften; Biologie
Eingestellt am: 31 Jul 2026 07:33
Letzte Änderung: 31 Jul 2026 07:33
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/99162