Τα μικροπλαστικά με «στέμμα» πρωτεϊνών ορού γάλακτος διαταράσσουν το έργο των νευρώνων και της μικρογλοίας

Επιστήμονες από το DGIST (Νότια Κορέα) απέδειξαν ότι όταν τα μικροπλαστικά εισέρχονται σε βιολογικά περιβάλλοντα (για παράδειγμα, αίμα), γρήγορα «υπερκαλλιεργούνται» με πρωτεΐνες, σχηματίζοντας το λεγόμενο πρωτεϊνικό στέμμα. Στο πείραμα, τέτοια «στεφανωμένα» σωματίδια προκάλεσαν σημαντική αναδιοργάνωση του πρωτεώματος στους νευρώνες και τη μικρογλοία: η πρωτεϊνική σύνθεση, η επεξεργασία RNA, ο μεταβολισμός των λιπιδίων και η μεταφορά μεταξύ του πυρήνα και του κυτταροπλάσματος υπέστησαν ζημιές. Τα φλεγμονώδη σήματα ενεργοποιήθηκαν ταυτόχρονα. Συμπέρασμα: τα μικροπλαστικά που σχετίζονται με τις πρωτεΐνες μπορεί να είναι πιο βιολογικά επικίνδυνα από τα «γυμνά» σωματίδια. Το άρθρο δημοσιεύτηκε στο Environmental Science & Technology.

Ιστορικό της μελέτης

• Τα μικρο- και νανοπλαστικά (MNPs) βρίσκονται ήδη σε ανθρώπινους ιστούς, συμπεριλαμβανομένου του εγκεφάλου. Το 2024-2025, ανεξάρτητες ομάδες επιβεβαίωσαν την παρουσία MNPs στο ήπαρ, τα νεφρά και τον εγκέφαλο νεκρών και έδειξαν αυξανόμενες συγκεντρώσεις με την πάροδο του χρόνου. Μια ξεχωριστή μελέτη διαπίστωσε μικροπλαστικά στον οσφρητικό βολβό, υποδεικνύοντας μια ρινική «παράκαμψη» προς το ΚΝΣ.
• Πώς τα σωματίδια εισέρχονται στον εγκέφαλο. Εκτός από την οσφρητική οδό, πολυάριθμες μελέτες και ανασκοπήσεις σε ζώα υποδεικνύουν την πιθανότητα τα μικρονανοπλαστικά να διασχίζουν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό (ΑΕΦ) με επακόλουθη νευροφλεγμονή και δυσλειτουργία του νευρικού ιστού.
• Το «πρωτεϊνικό στέμμα» καθορίζει τη βιολογική ταυτότητα των σωματιδίων. Σε βιολογικά περιβάλλοντα, οι επιφάνειες των νανοσωματιδίων καλύπτονται γρήγορα με προσροφημένες πρωτεΐνες (πρωτεϊνικό στέμμα) και το στέμμα είναι αυτό που καθορίζει ποιοι υποδοχείς «αναγνωρίζουν» το σωματίδιο, πώς κατανέμεται μεταξύ των οργάνων και πόσο τοξικό είναι. Αυτό περιγράφεται καλά στη νανοτοξικολογία και μεταφέρεται όλο και περισσότερο στα μικρο-/νανοπλαστικά.
• Τι ήταν γνωστό μέχρι στιγμής για τη νευροτοξικότητα. Πειράματα και ανασκοπήσεις in vivo έχουν συνδέσει την έκθεση σε MNP με αυξημένη διαπερατότητα αιματοεγκεφαλικού φραγμού, ενεργοποίηση μικρογλοίας, οξειδωτικό στρες και γνωστική εξασθένηση. Ωστόσο, τα μηχανιστικά δεδομένα σε επίπεδο πρωτεώματος, ειδικά σε ανθρώπινους νευρώνες και μικρογλοία, είναι περιορισμένα.
• Τι είδους «τρύπα» καλύπτει μια νέα εργασία από το Environmental Science & Technology; Οι συγγραφείς συνέκριναν συστηματικά τις επιδράσεις των μικροπλαστικών που «στεφανώνονται» με πρωτεΐνες ορού έναντι των «γυμνών» σωματιδίων στο πρωτεώμα των νευρώνων και της μικρογλοίας για πρώτη φορά, δείχνοντας ότι ο κορωνοϊός είναι αυτός που ενισχύει τις δυσμενείς μεταβολές στις θεμελιώδεις κυτταρικές διεργασίες. Αυτό φέρνει το περιβαλλοντικό πρόβλημα των MNP πιο κοντά σε συγκεκριμένους μοριακούς μηχανισμούς κινδύνου για τον εγκέφαλο.
• Γιατί είναι αυτό σημαντικό για την αξιολόγηση κινδύνου; Οι εργαστηριακές δοκιμές τοξικότητας πλαστικού χωρίς να λαμβάνεται υπόψη ο κορωνοϊός ενδέχεται να υποτιμούν τον κίνδυνο. Είναι πιο σωστό να μοντελοποιείται η επίδραση των σωματιδίων παρουσία πρωτεϊνών (αίμα, εγκεφαλονωτιαίο υγρό), κάτι που ήδη συνιστάται από ανασκοπήσεις.

Τι ακριβώς έκαναν;

• Στο εργαστήριο, μικροπλαστικά επωάστηκαν σε ορό ποντικού για να σχηματίσουν μια πρωτεϊνική «κορώνα» στην επιφάνεια των σωματιδίων και στη συνέχεια τα σωματίδια εκτέθηκαν σε εγκεφαλικά κύτταρα: καλλιεργημένους νευρώνες (ποντίκια) και μικρογλοία (ανθρώπινη σειρά). Μετά την έκθεση, το πρωτεόνο των κυττάρων εξετάστηκε χρησιμοποιώντας φασματομετρία μάζας.
• Για λόγους σύγκρισης, αξιολογήθηκε επίσης η επίδραση του «γυμνού» μικροπλαστικού (χωρίς την κορώνα). Αυτό κατέστησε δυνατό να προσδιοριστεί το ποσοστό του τοξικού σήματος που μεταφέρεται από το πρωτεϊνικό κέλυφος στο σωματίδιο.

Βασικά Αποτελέσματα

• Η πρωτεϊνική κορώνα αλλάζει την «προσωπικότητα» του πλαστικού. Όπως αναμένεται από τους νόμους της νανοτοξικολογίας, τα μικροσωματίδια προσροφούν ένα ετερογενές στρώμα πρωτεϊνών στον ορό. Τέτοια σύμπλοκα προκάλεσαν πολύ πιο έντονες μετατοπίσεις στην έκφραση πρωτεϊνών στα εγκεφαλικά κύτταρα από ό,τι τα «γυμνά» σωματίδια.
• Πλήττοντας τις βασικές διεργασίες του κυττάρου. Με τα «στεμμένα» μικροπλαστικά, τα συστατικά του μηχανισμού μετάφρασης και επεξεργασίας του RNA μειώθηκαν, οι οδοί μεταβολισμού των λιπιδίων μετατοπίστηκαν και η πυρηνοκυτταροπλασματική μεταφορά διαταράχθηκε - δηλαδή, υπέστησαν ζημιές οι «θεμελιώδεις» λειτουργίες επιβίωσης και πλαστικότητας του νευρικού κυττάρου.
• Ενεργοποίηση της φλεγμονής και της αναγνώρισης. Οι συγγραφείς περιέγραψαν την ενεργοποίηση φλεγμονωδών προγραμμάτων και οδών αναγνώρισης κυτταρικών σωματιδίων, τα οποία μπορεί να συμβάλλουν στη συσσώρευση μικροπλαστικών στον εγκέφαλο και στον χρόνιο ερεθισμό των ανοσοκυττάρων του εγκεφάλου.

Γιατί είναι αυτό σημαντικό;

• Στην πραγματική ζωή, τα μικρο- και νανοπλαστικά σχεδόν ποτέ δεν είναι «γυμνά»: καλύπτονται αμέσως με πρωτεΐνες, λιπίδια και άλλα περιβαλλοντικά μόρια - ένα στέμμα που καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο το σωματίδιο αλληλεπιδρά με τα κύτταρα, αν περνάει τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό και ποιοι υποδοχείς το «βλέπουν». Η νέα εργασία δείχνει άμεσα ότι ο στέμμα είναι αυτός που μπορεί να ενισχύσει το νευροτοξικό δυναμικό.
• Το πλαίσιο εντείνει τον συναγερμό: ανεξάρτητες μελέτες έχουν βρει μικροπλαστικά στον ανθρώπινο οσφρητικό βολβό, ακόμη και αυξημένα επίπεδα στον εγκέφαλο νεκρών. Οι ανασκοπήσεις συζητούν τις οδούς διείσδυσης του αιματοεγκεφαλικού φραγμού, το οξειδωτικό στρες και τη νευροφλεγμονή.

Πώς συγκρίνεται αυτό με προηγούμενα δεδομένα;

• Έχει περιγραφεί εδώ και καιρό για τα νανοσωματίδια ότι η σύνθεση του κορονοϊού υπαγορεύει τη «βιολογική ταυτότητα» και τη σύλληψη από τα μακροφάγα/μικρογλοία. Μια παρόμοια σειρά δεδομένων συλλέγεται και για τα μικροπλαστικά, συμπεριλαμβανομένων εργασιών σχετικά με την επίδραση του κορονοϊού από το γαστρεντερικό σωλήνα/ορό στην κυτταρική σύλληψη. Το νέο άρθρο είναι μία από τις πρώτες λεπτομερείς πρωτεωμικές αναλύσεις ειδικά σε εγκεφαλικά κύτταρα.

Περιορισμοί

• Αυτό είναι ένα κυτταρικό μοντέλο in vitro: δείχνει τους μηχανισμούς, αλλά δεν απαντά άμεσα σε ερωτήσεις σχετικά με τη δόση, τη διάρκεια και την αναστρεψιμότητα των επιδράσεων στο σώμα.
• Χρησιμοποιήθηκαν συγκεκριμένοι τύποι σωματιδίων και πρωτεϊνικού κορωνοϊού. Σε πραγματικό περιβάλλον, η σύνθεση του κορωνοϊού αλλάζει (αίμα, εγκεφαλονωτιαίο υγρό, αναπνευστική βλέννα κ.λπ.), και μαζί με αυτό, οι βιολογικές επιδράσεις. Απαιτούνται ζωικά μοντέλα και βιοπαρακολούθηση σε ανθρώπους.

Τι μπορεί να σημαίνει αυτό για την αξιολόγηση κινδύνου και την πολιτική

• Τα συστήματα δοκιμών τοξικότητας πλαστικών πρέπει να περιλαμβάνουν ένα στάδιο «κορώνας» στα σχετικά βιορευστά (αίμα, εγκεφαλονωτιαίο υγρό), διαφορετικά υποεκτιμούμε τον κίνδυνο.
• Για τις ρυθμιστικές αρχές και τη βιομηχανία, αυτό αποτελεί επιχείρημα για τη μείωση των εκπομπών μικροπλαστικών, την επιτάχυνση της ανάπτυξης υλικών με χαμηλότερη συγγένεια για τους πρωτεϊνικούς κορωνοϊούς και την επένδυση στην παρακολούθηση των πλαστικών στα τρόφιμα, τον αέρα και το νερό. Οι αξιολογήσεις τονίζουν ότι η τυποποίηση των μετρήσεων και η λογιστική καταγραφή του κορωνοϊού αποτελούν άμεσες προτεραιότητες.

Τι πρέπει να κάνει ο αναγνώστης σήμερα

• Μειώστε την επαφή με πηγές μικροπλαστικών: επιλέξτε φιλτραρισμένο νερό βρύσης αντί για εμφιαλωμένο νερό, αποφύγετε το ζέσταμα τροφίμων σε πλαστικό, εάν είναι δυνατόν, πλύνετε τα συνθετικά σε χαμηλούς κύκλους/με φίλτρα μικροϊνών. (Αυτές οι συμβουλές δεν προέρχονται από το άρθρο, αλλά είναι σύμφωνες με τις τρέχουσες αξιολογήσεις κινδύνου.)

Πηγή: Ashim J. et al. Συμπλέγματα στεφανιαίας μικροπλαστικής πρωτεΐνης πυροδοτούν αλλαγές στο πρωτεόμα σε νευρωνικά και νευρογλοιακά κύτταρα που προέρχονται από τον εγκέφαλο. Περιβαλλοντική Επιστήμη και Τεχνολογία.https://doi.org/10.1021/acs.est.5c04146