Heraproteiinien "kruunulla" varustetut mikromuovit häiritsevät hermosolujen ja mikroglian toimintaa

Etelä-Korean DGIST:n tutkijat ovat osoittaneet, että kun mikromuovit pääsevät biologiseen ympäristöön (esimerkiksi vereen), ne "kasvavat" nopeasti proteiineilla ja muodostavat niin kutsutun proteiinikoronan. Kokeessa tällaiset "kruunatut" hiukkaset aiheuttivat merkittävää proteomin uudelleenjärjestelyä hermosoluissa ja mikrogliassa: proteiinisynteesi, RNA:n prosessointi, lipidien aineenvaihdunta ja kuljetus tuman ja sytoplasman välillä kärsivät; samanaikaisesti aktivoituivat tulehdussignaalit. Johtopäätös: proteiineihin liittyvät mikromuovit voivat olla biologisesti vaarallisempia kuin "paljaat" hiukkaset. Artikkeli julkaistiin Environmental Science & Technology -lehdessä.

Tutkimuksen tausta

• Mikro- ja nanomuoveja (MNP) löytyy jo ihmiskudoksista, mukaan lukien aivot. Vuosina 2024–2025 riippumattomat ryhmät vahvistivat MNP-yhdisteiden esiintymisen kuolleiden ihmisten maksassa, munuaisissa ja aivoissa, ja pitoisuudet kasvoivat ajan myötä. Erillisessä tutkimuksessa mikromuoveja löydettiin hajukäämistä, mikä viittaa nenän "ohitukseen" keskushermostoon.
• Miten hiukkaset pääsevät aivoihin. Hajuaistin lisäksi lukuisat eläinkokeet ja tutkimukset viittaavat siihen, että mikronanomuovit voivat ylittää veri-aivoesteen (BBB), mikä voi aiheuttaa neuroinflammatorisen tulehduksen ja hermokudoksen toimintahäiriöitä.
• "Proteiinikorona" määrittää hiukkasten biologisen identiteetin. Biologisissa ympäristöissä nanopartikkelien pinnat peittyvät nopeasti adsorboituneilla proteiineilla (proteiinikorona), ja juuri korona määrittää, mitkä reseptorit "tunnistavat" hiukkasen, miten se jakautuu elimiin ja kuinka myrkyllinen se on. Tämä on kuvattu hyvin nanotoksikologiassa, ja sitä siirretään yhä enemmän mikro-/nanomuoveihin.
• Mitä neurotoksisuudesta on tähän mennessä tiedetty. In vivo -kokeet ja -katsaukset ovat yhdistäneet MNP-altistuksen lisääntyneeseen BBB:n läpäisevyyteen, mikrogliasolujen aktivaatioon, oksidatiiviseen stressiin ja kognitiiviseen heikkenemiseen. Mekanistiset tiedot proteomitasolla erityisesti ihmisen neuroneissa ja mikrogliassa ovat kuitenkin olleet rajalliset.
• Millaisen "aukon" uusi Environmental Science & Technology -lehden artikkeli täyttää? Kirjoittajat vertasivat systemaattisesti seerumiproteiineilla "kruunattujen" mikromuovien ja "paljaiden" hiukkasten vaikutuksia hermosolujen ja mikroglian proteomiin ensimmäistä kertaa osoittaen, että juuri korona vahvistaa epäsuotuisia muutoksia perustavanlaatuisissa soluprosesseissa. Tämä tuo mikromuovien aiheuttaman ympäristöongelman lähemmäksi aivoille aiheutuvia tiettyjä molekyylitason riskimekanismeja.
• Miksi tämä on tärkeää riskinarvioinnin kannalta? Laboratoriossa tehdyt muovimyrkyllisyyden testit, joissa ei oteta huomioon koronaa, saattavat aliarvioida vaaraa; on oikeampaa mallintaa hiukkasten vaikutusta proteiinien (veri, aivo-selkäydinneste) läsnä ollessa, mitä katsausartikkeleissa jo suositellaan.

Mitä he tarkalleen ottaen tekivät?

• Laboratoriossa mikromuoveja inkuboitiin hiiren seerumissa, jotta hiukkasten pinnalle muodostuisi proteiini"kruunu", minkä jälkeen hiukkaset altistettiin aivosoluille: viljellyille neuroneille (hiiri) ja mikroglialle (ihmissolulinja). Altistuksen jälkeen solujen proteomia tutkittiin massaspektrometrialla.
• Vertailun vuoksi arvioitiin myös "paljaan" mikromuovin (ilman kruunua) vaikutusta. Näin voitiin määrittää, kuinka suuri osa myrkyllisestä signaalista tulee hiukkasen proteiinikuoresta.

Keskeiset tulokset

• Proteiinikorona muuttaa muovin "persoonallisuutta". Kuten nanotoksikologian lait odottavat, mikrohiukkaset adsorboivat seerumin heterogeenisen proteiinikerroksen. Tällaiset kompleksit aiheuttivat paljon selvempiä muutoksia proteiinien ilmentymisessä aivosoluissa kuin "paljaat" hiukkaset.
• Solun perustoimintoihin kohdistuvat iskuja. "Kruunattujen" mikromuovien myötä RNA:n translaatio- ja prosessointikoneiston komponentit vähenivät, lipidiaineenvaihduntareitit siirtyivät ja nukleosytoplasminen kuljetus häiriintyi – eli hermosolun selviytymisen ja plastisuuden "perustoiminnot" kärsivät.
• Tulehduksen ja tunnistuksen kytkeminen päälle. Kirjoittajat kuvailivat tulehdusohjelmien ja solujen hiukkasten tunnistusreittien aktivoitumista, mikä voi edistää mikromuovien kertymistä aivoihin ja aivojen immuunisolujen kroonista ärsytystä.

Miksi tämä on tärkeää?

• Todellisessa elämässä mikro- ja nanomuovit eivät ole juuri koskaan "paljaita": ne peittyvät välittömästi proteiineihin, lipideihin ja muihin ympäristömolekyyleihin – koronaan, joka määrittää, miten hiukkanen on vuorovaikutuksessa solujen kanssa, läpäiseekö se veri-aivoesteen ja mitkä reseptorit "näkevät" sen. Uusi tutkimus osoittaa suoraan, että juuri korona voi lisätä neurotoksisuutta.
• Konteksti lisää hälytystä: riippumattomissa tutkimuksissa on löydetty mikromuovia ihmisen hajukäämistä ja jopa kohonneita pitoisuuksia kuolleiden ihmisten aivoista; katsauksissa käsitellään BBB:n penetraatioreittejä, oksidatiivista stressiä ja neuroinflammaatiota.

Miten tämä vertautuu aiempiin tietoihin?

• Nanopartikkelien osalta on jo pitkään kuvattu, että koronan koostumus sanelee "biologisen identiteetin" ja makrofagien/mikroglian sitoman aineen; samanlaista tietoa kerätään parhaillaan mikromuoveista, mukaan lukien tutkimukset ruoansulatuskanavasta/seerumista peräisin olevan koronan vaikutuksesta solujen sitomiseen. Uusi artikkeli on yksi ensimmäisistä yksityiskohtaisista proteomiikka-analyyseistä erityisesti aivosoluissa.

Rajoitukset

• Tämä on in vitro -solumalli: se näyttää mekanismit, mutta ei vastaa suoraan kysymyksiin annoksesta, kestosta ja vaikutusten palautuvuudesta kehossa.
• Käytettiin tietyntyyppisiä hiukkasia ja proteiinikoronaa; todellisessa ympäristössä koronan koostumus muuttuu (veri, aivo-selkäydinneste, hengitysteiden lima jne.) ja sen myötä biologiset vaikutukset. Tarvitaan eläinmalleja ja biomonitorointia ihmisillä.

Mitä tämä voisi tarkoittaa riskinarvioinnin ja politiikan kannalta

• Muovien myrkyllisyystestausjärjestelmissä on oltava "korona"-vaihe asiaankuuluvissa biofluideissa (veri, aivo-selkäydinneste), muuten aliarvioimme riskin.
• Sääntelyviranomaisille ja teollisuudelle tämä on argumentti mikromuovipäästöjen vähentämisen, proteiinikoronoihin alhaisemman affiniteetin omaavien materiaalien kehittämisen nopeuttamisen ja muovien seurantaan elintarvikkeissa, ilmassa ja vedessä investoimisen puolesta. Katsauksissa korostetaan, että mittausten standardointi ja koronalaskennan tekeminen ovat välittömiä prioriteetteja.

Mitä lukijan tulisi tehdä tänään

• Vältä kosketusta mikromuovien lähteiden kanssa: valitse suodatettua hanavettä pullotetun veden sijaan, vältä ruoan lämmittämistä muovissa, jos mahdollista, pese synteettiset materiaalit alhaisilla pesuohjelmilla/mikrokuitusuodattimilla. (Nämä vinkit eivät ole peräisin artikkelista, mutta ne ovat yhdenmukaisia nykyisten riskiarviointien kanssa.)

Lähde: Ashim J. ym. Proteiinien mikroplastiset koronauskompleksit aiheuttavat proteomimuutoksia aivoperäisissä hermosoluissa ja gliasoluissa. Ympäristötiede ja -teknologia.https://doi.org/10.1021/acs.est.5c04146