Mikroplastik z „koronką” z białek serwatkowych zakłóca pracę neuronów i mikrogleju

Naukowcy z DGIST (Korea Południowa) wykazali, że mikroplastiki wnikające do środowiska biologicznego (na przykład krwi) szybko „przerastają” białkami, tworząc tzw. koronę białkową. W eksperymencie takie „ukoronowane” cząsteczki spowodowały znaczną reorganizację proteomu w neuronach i mikrogleju: ucierpiała synteza białek, przetwarzanie RNA, metabolizm lipidów oraz transport między jądrem a cytoplazmą; jednocześnie aktywowano sygnały zapalne. Wniosek: mikroplastiki związane z białkami mogą być bardziej niebezpieczne biologicznie niż „nagie” cząsteczki. Artykuł został opublikowany w czasopiśmie „ Environmental Science & Technology”.

Tło badania

• Mikro- i nanoplastik (MNP) występują już w tkankach ludzkich, w tym w mózgu. W latach 2024-2025 niezależne grupy badawcze potwierdziły obecność MNP w wątrobie, nerkach i mózgu zmarłych osób, wykazując ich rosnące stężenie z upływem czasu. W odrębnym badaniu stwierdzono obecność mikroplastiku w opuszce węchowej, co wskazuje na „bypass” nosa z ośrodkowym układem nerwowym.
• Jak cząsteczki dostają się do mózgu. Oprócz układu węchowego, liczne badania na zwierzętach i recenzje wskazują na możliwość przenikania mikronanoplastiku przez barierę krew-mózg (BBB) z następczym neurozapaleniem i dysfunkcją tkanki nerwowej.
• „Korona białkowa” określa biologiczną tożsamość cząstek. W środowiskach biologicznych powierzchnie nanocząstek szybko pokrywają się zaadsorbowanymi białkami (korona białkowa) i to właśnie korona decyduje o tym, które receptory „rozpoznają” cząstkę, jak jest ona rozprowadzana w narządach i jak bardzo jest toksyczna. Jest to dobrze opisane w nanotoksykologii i coraz częściej znajduje zastosowanie w mikro-/nanoplastykach.
• Dotychczasowa wiedza na temat neurotoksyczności. Eksperymenty in vivo i przeglądy naukowe powiązały ekspozycję na MNP ze zwiększoną przepuszczalnością BBB, aktywacją mikrogleju, stresem oksydacyjnym i upośledzeniem funkcji poznawczych; jednak dane mechanistyczne na poziomie proteomu, szczególnie w ludzkich neuronach i mikrogleju, są ograniczone.
• Jaką „lukę” wypełnia nowy artykuł z czasopisma „Environmental Science & Technology”? Autorzy po raz pierwszy systematycznie porównali wpływ mikroplastiku „ukoronowanego” białkami surowicy z „nagimi” cząsteczkami na proteom neuronów i mikrogleju, wykazując, że to korona wzmacnia niekorzystne zmiany w fundamentalnych procesach komórkowych. To przybliża problem środowiskowy MNP do specyficznych molekularnych mechanizmów ryzyka dla mózgu.
• Dlaczego jest to ważne dla oceny ryzyka? Laboratoryjne testy toksyczności tworzyw sztucznych bez uwzględnienia korony mogą niedoszacować zagrożenia; bardziej trafne jest modelowanie wpływu cząstek w obecności białek (krwi, płynu mózgowo-rdzeniowego), co jest już zalecane w pracach przeglądowych.

Co dokładnie zrobili?

• W laboratorium mikroplastiki inkubowano w surowicy myszy, aby utworzyć na powierzchni cząstek białkową „koronę”, a następnie cząstki te poddano działaniu komórek mózgowych: hodowanych neuronów (mysich) i mikrogleju (linia ludzka). Po ekspozycji, proteom komórek zbadano za pomocą spektrometrii mas.
• Dla porównania, oceniono również wpływ „nagiego” mikroplastiku (bez korony). Pozwoliło to określić, jaka część sygnału toksycznego jest przenoszona przez otoczkę białkową na cząsteczkę.

Kluczowe wyniki

• Korona białkowa zmienia „osobowość” plastiku. Zgodnie z prawami nanotoksykologii, mikrocząstki adsorbują heterogeniczną warstwę białek w surowicy. Takie kompleksy powodowały znacznie wyraźniejsze zmiany w ekspresji białek w komórkach mózgowych niż „nagie” cząstki.
• Uderzając w podstawowe procesy komórkowe. W przypadku „ukoronowanych” mikroplastików, elementy maszynerii translacji i przetwarzania RNA uległy redukcji, szlaki metabolizmu lipidów uległy przesunięciu, a transport jądrowo-cytoplazmatyczny został zaburzony – innymi słowy, „fundamentalne” funkcje przetrwania i plastyczności komórki nerwowej zostały zaburzone.
• Włączanie stanu zapalnego i rozpoznawania. Autorzy opisali aktywację programów zapalnych i szlaków rozpoznawania cząstek komórkowych, co może przyczyniać się do gromadzenia się mikroplastiku w mózgu i przewlekłego podrażnienia komórek odpornościowych mózgu.

Dlaczego to jest ważne?

• W rzeczywistości mikro- i nanoplastiki prawie nigdy nie są „nagie”: są natychmiast pokryte białkami, lipidami i innymi cząsteczkami środowiskowymi – koroną, która decyduje o tym, jak cząsteczka oddziałuje z komórkami, czy przekracza barierę krew-mózg i które receptory ją „widzą”. Nowe badania bezpośrednio pokazują, że to korona może zwiększać potencjał neurotoksyczny.
• Kontekst dodatkowo podsyca niepokój: niezależne badania wykazały obecność mikroplastiku w ludzkiej opuszce węchowej, a nawet podwyższony poziom w mózgach zmarłych osób; w pracach przeglądowych omawiane są szlaki penetracji BBB, stres oksydacyjny i neurozapalenie.

Jak te dane wypadają w porównaniu z poprzednimi?

• Od dawna wiadomo, że w przypadku nanocząstek skład korony decyduje o „tożsamości biologicznej” i wychwytywaniu przez makrofagi/mikroglej; podobny zestaw danych jest gromadzony dla mikroplastiku, w tym prace nad wpływem korony z przewodu pokarmowego/surowicy na wychwyt komórkowy. Nowy artykuł jest jedną z pierwszych szczegółowych analiz proteomicznych dotyczących komórek mózgowych.

Ograniczenia

• Jest to model komórkowy in vitro: pokazuje mechanizmy działania, ale nie odpowiada bezpośrednio na pytania dotyczące dawki, czasu trwania i odwracalności efektów w organizmie.
• Wykorzystano specyficzne rodzaje cząstek i korony białkowej; w rzeczywistym środowisku zmienia się skład korony (krew, płyn mózgowo-rdzeniowy, śluz oddechowy itp.), a wraz z nim efekty biologiczne. Potrzebne są modele zwierzęce i biomonitoring u ludzi.

Co to może oznaczać dla oceny ryzyka i polityki

• Systemy testowe toksyczności tworzyw sztucznych muszą obejmować etap „koronowy” w odpowiednich płynach biologicznych (krew, płyn mózgowo-rdzeniowy), w przeciwnym razie niedoszacowujemy ryzyka.
• Dla regulatorów i przemysłu jest to argument za ograniczeniem emisji mikroplastiku, przyspieszeniem rozwoju materiałów o mniejszym powinowactwie do koron białkowych oraz inwestowaniem w monitorowanie plastiku w żywności, powietrzu i wodzie. W recenzjach podkreślono, że standaryzacja pomiarów i rozliczanie koron są pilnymi priorytetami.

Co czytelnik powinien zrobić dzisiaj

• Ogranicz kontakt ze źródłami mikroplastiku: wybieraj filtrowaną wodę z kranu zamiast wody butelkowanej, unikaj podgrzewania żywności w plastiku, jeśli to możliwe, pierz ubrania syntetyczne w niskich temperaturach/z filtrami z mikrofibry. (Poniższe wskazówki nie pochodzą z artykułu, ale są zgodne z aktualnymi analizami ryzyka).

Źródło: Ashim J. i in. Kompleksy koronacyjne mikroplastiku białkowego wywołują zmiany proteomu w komórkach neuronalnych i glejowych pochodzących z mózgu. Environmental Science & Technology.https://doi.org/10.1021/acs.est.5c04146