Mikroplastiki, czyli cząsteczki plastiku o wielkości mniejszej niż pięć mikrometrów, stanowią coraz większy problem środowiskowy. Cząsteczki te zakłócają reprodukcję, skład komórek odpornościowych i mikrobiomu w jelitach oraz funkcje nerwowe i hormonalne u gatunków wodnych i zwierząt laboratoryjnych.^1-4 Teraz nowe badanie opublikowane w Raporty komórkowe sugeruje, że im mniejszy plastik, tym większy problem.⁵

Według Chao Wanga, immunologa z Soochow University i współautora badania, karmienie myszy nanoplastikami indukowało większą ogólną odpowiedź immunologiczną w ich jelitach niż karmienie myszy większymi mikroplastikami. Potwierdza to wcześniejsze badania pokazujące zależne od wielkości różnice w sposobie interakcji nanocząstek z komórkami i wywoływania przez nie odpowiedzi.⁶

Wang i jego zespół odkryli, że nanoplastiki, zdefiniowane jako mniejsze niż 500 nanometrów, są łatwiej fagocytowane przez makrofagi niż mikroplastiki, które mierzą do pięciu mikrometrów. Cząsteczki o mniejszych rozmiarach indukowały większy stopień uszkodzenia lizosomów w tych komórkach i powodowały wytwarzanie prozapalnej cytokiny interleukiny 1 beta (IL-1β), zarówno in vitro oraz w jelitach myszy po jednym tygodniu codziennego doustnego podawania tworzywa sztucznego. Wykorzystując sekwencjonowanie pojedynczych komórek, Wang i jego współpracownicy zidentyfikowali populację makrofagów wytwarzających IL-1β w jelitach myszy karmionych nanoplastikiem.

Ostatnie badania wykazały, że reakcje zapalne w jelitach wpływają na mózg, więc Wang i jego zespół następnie ocenili oś jelita-mózg. Po dwóch miesiącach codziennego przyjmowania nanoplastików w szacowanej dawce do spożycia przez ludzi, myszy narażone na nanoplastik wykazywały zmniejszoną zdolność poznawczą i pamięć krótkotrwałą, co oceniono za pomocą standardowych ocen neurologicznych, takich jak test otwartego pola, test rozpoznawania nowych obiektów i test wody Morrisa Labirynt. Te karmione plastikiem myszy miały również więcej aktywowanych mikrogleju i astrocytów, a także limfocytów T zróżnicowanych Th17 niż myszy nieleczone.

Wang i jego współpracownicy zaobserwowali również podwyższony poziom IL-1β w mózgach myszy karmionych plastikiem, ale nie znaleźli komórek wytwarzających IL-1β w mózgu, co sugerowało, że efekty te wynikały z makrofagów wytwarzających IL-1β w jelitach. „Wszystkie te zmiany związane są z uszkodzeniem funkcji mózgu” – powiedział Wang.

Neurologiczne skutki spożycia mikrodrobin plastiku zostały obszernie udokumentowane u gatunków morskich^2,7,8 ponieważ zanieczyszczenie wodą tworzywami sztucznymi jest poważnym problemem. „Nie zdawałem sobie sprawy z ogromu – jak duży był ten problem – dopóki nie zacząłem nad nim pracować około trzy lata temu” – powiedział Ebenezer Nyadjro, oceanograf z Mississippi State University i kierownik danych w National Centers for Environmental Information (NCEI) , który nie brał udziału w badaniu. „Długofalowym skutkiem jest brak kontroli – jeśli nadal wrzucamy tworzywa sztuczne do zbiorników wodnych, rozkładają się one na mikrodrobiny plastiku; mają wpływ na te łowiska; a jak wykazały badania, ulegają one bioakumulacji w organizmach wyższych i ludziach — będzie to miało wpływ również na nas”.

Ta obserwacja została powtórzona w ostatnich doniesieniach o mikroplastikach w ludzkich tkankach,⁹ podkreślając znaczenie ustaleń Wanga.

Jednak nawet po dwóch miesiącach codziennego przyjmowania nanoplastiku, zaburzenia funkcji poznawczych i pamięci krótkotrwałej zostały złagodzone poprzez blokowanie IL-1β za pomocą przeciwciała monoklonalnego lub inhibitora chemicznego, a co bardziej obiecujące, poprzez zaprzestanie narażenia na nanoplastik. Miesiąc po tym, jak Wang i jego zespół przestali karmić myszy nanoplastikami, w ocenach neurologicznych uzyskali równie dobre wyniki jak myszy nieleczone.

„Pokazuje, że ten efekt nie jest trwały, ale można go uratować. Pokazuje więc jeszcze jeden powód, aby naprawić zanieczyszczenie plastikiem na całym świecie” – powiedział Wang.

Bibliografia

1. Harusato A, Seo W, Abo H, Nakanishi Y, Nishikawa H, Itoh Y. Wpływ cząstek mikroplastiku wytwarzanych z politereftalanu etylenu na patologię jelit i mikrośrodowiska immunologiczne. iScience. 2023;26(4):106474. doi: 10.1016/j.isci.2023.106474.
2. Torres-Ruiz M, de Alba González M, Morales M, et al. Neurotoksyczność i zaburzenia endokrynologiczne spowodowane przez nanocząsteczki polistyrenu w zarodku danio pręgowanego. Nauka o całym środowisku. 2023;874:162406. doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.162406.
3. Mattioda V, Benedetti V, Tessarolo C i in. Prozapalne i cytotoksyczne działanie mikroplastików polistyrenowych na ludzkie i mysie linie komórkowe jelit. Biomolekuły. 2023;13(1):140. doi: 10.3390/biom13010140
4. Merkley SD, Moss HC, Goodfellow SM i in. Mikroplastiki polistyrenowe indukują aktywny stan immunometaboliczny makrofagów. Biologia komórki i toksykologia. 2022;38(1):31-41. doi:10.1007/s10565-021-09616-x
5. Yang Q, Dai H, Cheng Y i in. Doustne podawanie nanoplastików wpływa na funkcjonowanie mózgu myszy poprzez indukowanie sygnału IL-1 makrofagów w jelicie. Raporty komórkowe. 2023;42(4). doi.org/10.1016/j.celrep.2023.112346
6. Jiang W, Kim BYS, Rutka JT. Chan WCW. Odpowiedź komórkowa za pośrednictwem nanocząstek zależy od wielkości. Nanotechnologia natury. 2008;3 https://doi.org/10.1038/nnano.2008.30
7. Hamed M, Martyniuk CJ, Naguib M, Lee JS, Sayed AEH. Neurotoksyczne działanie różnych rozmiarów tworzyw sztucznych (nano, mikro i makro) na młode karpie pospolite (Cyprinus carpio). Granice w neuronauce molekularnej. 2022;15:1028364. doi: 10.3389/fnmol.2022.1028364.
8. Aliakbarzadeh F, Rafiee M, Khodagholi F, Khorramizadeh MR, Manouchehri H, Eslami A, et al. Niekorzystne skutki nanoplastiku polistyrenowego i jego binarnych mieszanin z nonylofenolem na układ nerwowy danio pręgowanego: od stresu oksydacyjnego do upośledzonego układu neuroprzekaźników. Zanieczyszczenie środowiska. 2023;317:120587. doi: 10.1016/j.envpol.2022.120587.
9. Amato-Lourenço LF, Carvalho-Oliveira R, Júnior GR, dos Santos Galvão L, Ando RA, Mauad T. Obecność unoszących się w powietrzu mikroplastików w ludzkiej tkance płucnej. Dziennik materiałów niebezpiecznych 2021;416:126124. Doi:10.1016/j.jhaxmat.2021.126124