Czy „plastikowy mózg” jest realnym zagrożeniem?

Globalna produkcja i zużycie plastiku znacząco wzrosły w ostatnich dziesięcioleciach. Z powodu ogromnej użyteczności i jednocześnie niskiej biodegradowalności, produkty na bazie tworzyw sztucznych są wszechobecne, tworząc ogromny problem środowiskowy. Plastiki, chemicznie i biologicznie obojętne, uważane były do niedawna za bezpieczne dla zdrowia. Jednakże, wyniki ostatnich badań wskazują, że pod wpływem czynników fizycznych i chemicznych mogą one ulegać fragmentacji, tworząc mikro- i nanocząstki.

Jak wykazano, mikro- i nanoplastik (MP/NP) jest obecnie szeroko rozpowszechniony w oceanach, zbiornikach słodkowodnych i ściekach, jak również uwalniany z plastikowych pojemników do przechowywania żywności. Wiedza ta wpływa na zmianę opinii o bezpieczeństwie zdrowotnym przedmiotów z tworzyw sztucznych. Materia w nanoskali charakteryzuje się bowiem zwiększoną bio-reaktywnością oraz toksycznością, stanowiąc zagrożenie zdrowotne. Jedocześnie, wiedza dotycząca oddziaływania MP/NP na organizmy żywe jest obecnie znikoma a potencjalne skutki zdrowotne narażenia pozostają niejasne, ze względu na brak kompleksowych badań oceny ryzyka.

Dlatego głównym założeniem projektu jest zbadanie czy nanoplastik wykazuje działanie neurotoksyczne, wpływając negatywnie na mózg w fazie rozwojowej, gdyż jak wiadomo, młode organizmy są bardziej podatne na szkodliwe działanie czynników toksycznych niż dorosłe.

W tym celu zaplanowano kompleksowe zbadanie komórkowych losów nanocząstek polistyrenu (PS-NPs) oraz poszukiwanie mechanizmów ich neurotoksycznego działania w modelach in vitro – w pierwotnych hodowlach astrocytów i neuronów oraz in vivo - w zwierzęcym modelu ekspozycji rozwojowej, w którym młode szczury są przewlekle narażane na PS-NPs drogą pokarmową.

Ryc. A) Używane w badaniach nanocząstki polistyrenu (PS-NPs) o wielkości 25 nm – obraz w mikroskopie elektronowym. Fot. Ryszard Strzałkowski; B) pierwotna hodowla komórkowa astrocytów szczurzych. Fot. Kamil Adamiak; C) astrocyty poddane ekspozycji na PS-NPs – we wnętrzu cytoplazmy komórek widoczna zielona fluorescencja pochodząca od agregatów nanocząstek znakowanych fluorochromem. Strzałki wskazują skupiska nanocząstek w postaci drobnych punktów. Obraz w mikroskopie fluorescencyjnym. Fot. Kamil Adamiak U zwierząt zweryfikujemy, czy PN-NPs mają zdolność przedostawania się z przewodu pokarmowego do krwi a następnie do innych narządów, w tym mózgu, młodych szczurów i czy wykazują działanie toksyczne. Zaplanowane analizy molekularne i biochemiczne pomogą w ustaleniu mechanizmów komórkowych leżących u podstaw potencjalnej neurotoksyczności nanoplastiku. Pierwotne hodowle komórkowe natomiast, zostaną poddane działaniu szeregu stężeń PS-NPs w celu porównania wrażliwości różnych rodzajów komórek nerwowych na nanoplastik. Dodatkowo, badania in vitro umożliwią śledzenie losów PS-NPs w komórce, procesów ich pobierania oraz wydalania, jak też udziału tzw. układu pęcherzyków zewnątrzkomórkowych w procesie transferu wewnątrzkomórkowego oraz międzykomórkowego nanocząstek plastiku. Do badań będą używane dostępne komercyjnie PS-NPs o wielkości 25 nm, część z nich będzie dodatkowo znakowana fluorochromem w celu umożliwienia wizualizacji w mikroskopie fluorescencyjnym.

Dotychczasowe wyniki badań in vitro wykazały, że PS-NPs dodane do pożywki hodowlanej są pobierane przez komórki astrocytów i lokalizują się w cytoplazmie. Obecne w komórkach PS-NPs wykazują efekt cytotoksyczny, zmniejszając żywotność komórek w hodowli, w sposób zależny od stężenia. Zastosowane testy wskazują na zaburzenie aktywności metabolicznej astrocytów i ich uszkodzenie.

Problem zbadania i zrozumienia potencjalnych negatywnych skutków długotrwałego narażenia na nanoplastik jest istotny ze względu na rosnące ryzyko środowiskowego narażenia na MP/NP i mieści się w aktualnych trendach światowych badań.