Микропластмасите с „корона“ от суроватъчни протеини нарушават работата на невроните и микроглията

Учени от DGIST (Южна Корея) са показали, че когато микропластмасите попаднат в биологична среда (например кръв), те бързо се „обрастват“ с протеини, образувайки така наречената протеинова корона. В експеримента такива „короновани“ частици са причинили значителна реорганизация на протеома в невроните и микроглията: протеиновият синтез, обработката на РНК, липидният метаболизъм и транспортът между ядрото и цитоплазмата са пострадали; едновременно с това са се активирали възпалителни сигнали. Заключение: микропластмасите, свързани с протеини, може да са по-биологично опасни от „голите“ частици. Статията е публикувана в Environmental Science & Technology.

Предистория на изследването

• Микро- и нанопластмасите (МНЧ) вече се откриват в човешките тъкани, включително мозъка. През 2024-2025 г. независими групи потвърдиха наличието на МНЧ в черния дроб, бъбреците и мозъка на починали хора и показаха нарастващи концентрации с течение на времето. Отделно проучване откри микропластмаси в обонятелната луковица, което показва назален „байпас“ на ЦНС.
• Как частиците попадат в мозъка. В допълнение към обонятелния тракт, многобройни изследвания и прегледи върху животни показват възможността микро-нанопластиките да преминават през кръвно-мозъчната бариера (КМБ) с последващо невровъзпаление и дисфункция на нервната тъкан.
• „Протеиновата корона“ определя биологичната идентичност на частиците. В биологични среди повърхностите на наночастиците бързо се покриват с адсорбирани протеини (протеинова корона) и именно короната определя кои рецептори „разпознават“ частицата, как тя се разпределя между органите и колко е токсична. Това е добре описано в нанотоксикологията и все по-често се пренася и в микро-/нанопластмасите.
• Какво е известно досега за невротоксичността. In vivo експерименти и прегледи свързват излагането на MNP с повишена пропускливост на кръвно-мозъчната бариера (КББ), активиране на микроглията, оксидативен стрес и когнитивно увреждане; механистичните данни на ниво протеом, по-специално в човешките неврони и микроглия, обаче са ограничени.
• Какъв вид „дупка“ запълва нова статия от Environmental Science & Technology? Авторите систематично сравняват ефектите на микропластмасите, „увенчани“ със серумни протеини, спрямо „голи“ частици върху протеома на невроните и микроглията за първи път, показвайки, че именно короната усилва неблагоприятните промени във фундаменталните клетъчни процеси. Това доближава екологичния проблем на MNP до специфични молекулярни механизми на риск за мозъка.
• Защо това е важно за оценката на риска? Лабораторните тестове за токсичност на пластмасите, без да се отчита коронавирусът, могат да подценят опасността; по-правилно е да се моделира въздействието на частиците в присъствието на протеини (кръв, цереброспинална течност), което вече се препоръчва в обзорни статии.

Какво точно направиха?

• В лабораторията микропластмасите бяха инкубирани в миши серум, за да се образува протеинова „корона“ на повърхността на частиците, след което частиците бяха изложени на мозъчни клетки: култивирани неврони (мишка) и микроглия (човешка линия). След експозицията, протеомът на клетките беше изследван с помощта на масспектрометрия.
• За сравнение беше оценен и ефектът на „голата“ микропластмаса (без короната). Това позволи да се определи каква част от токсичния сигнал се носи от протеиновата обвивка върху частицата.

Ключови резултати

• Протеиновата корона променя „индивидуалността“ на пластмасата. Както се очаква от законите на нанотоксикологията, микрочастиците адсорбират хетерогенен слой протеини в серума. Такива комплекси причиняват много по-изразени промени в експресията на протеини в мозъчните клетки, отколкото „голите“ частици.
• Удряне на основните процеси в клетката. С „короновани“ микропластики, компонентите на механизма за транслация и обработка на РНК са намалени, пътищата на липидния метаболизъм са изместени и нуклеоцитоплазменият транспорт е нарушен - тоест, „фундаменталните“ функции за оцеляване и пластичност на нервната клетка са пострадали.
• Включване на възпаление и разпознаване. Авторите описват активирането на възпалителни програми и пътища за разпознаване на клетъчни частици, което може да допринесе за натрупването на микропластмаси в мозъка и хроничното дразнене на имунните клетки на мозъка.

Защо това е важно?

• В реалния живот микро- и нанопластмасите почти никога не са „голи“: те веднага са покрити с протеини, липиди и други молекули от околната среда – корона, която определя как частицата взаимодейства с клетките, дали преминава кръвно-мозъчната бариера и кои рецептори я „виждат“. Новата работа директно показва, че именно короната може да засили невротоксичния потенциал.
• Контекстът допълнително засилва тревогата: независими проучвания са открили микропластмаси в обонятелната луковица на човека и дори повишени нива в мозъка на починали хора; прегледите обсъждат пътищата на проникване в кръвно-мозъчната бариера (КМБ), оксидативния стрес и невровъзпалението.

Как се сравнява това с предишни данни?

• Отдавна е описано, че за наночастиците съставът на короната диктува „биологичната идентичност“ и улавянето им от макрофаги/микроглии; подобен набор от данни се събира и за микропластмасите, включително изследвания върху ефекта на короната от стомашно-чревния тракт/серума върху клетъчното улавяне. Новата статия е един от първите подробни протеомни анализи, специално насочени към мозъчни клетки.

Ограничения

• Това е клетъчен модел in vitro: той показва механизмите, но не отговаря директно на въпроси относно дозата, продължителността и обратимостта на ефектите в организма.
• Използвани са специфични видове частици и протеинова корона; в реална среда съставът на короната се променя (кръв, цереброспинална течност, дихателна слуз и др.) и с това се променят биологичните ефекти. Необходими са животински модели и биомониторинг при хора.

Какво може да означава това за оценката на риска и политиката

• Системите за тестване на пластмасова токсичност трябва да включват „корона“ етап в съответните биологични течности (кръв, цереброспинална течност), в противен случай подценяваме риска.
• За регулаторните органи и индустрията това е аргумент за намаляване на емисиите на микропластмаси, ускоряване на разработването на материали с по-нисък афинитет към протеиновите корони и инвестиране в мониторинг на пластмасите в храните, въздуха и водата. Прегледите подчертават, че стандартизацията на измерванията и отчитането на короната са непосредствени приоритети.

Какво трябва да направи читателят днес

• Намалете контакта с източници на микропластмаси: избирайте филтрирана чешмяна вода пред бутилирана, избягвайте затоплянето на храна в пластмаса, ако е възможно, перете синтетичните дрехи на ниски цикли/с микрофибърни филтри. (Тези съвети не са взети от статията, а са в съответствие с текущите прегледи на риска.)

Източник: Ashim J. et al. Протеинови микропластични коронационни комплекси задействат протеомни промени в невронни и глиални клетки, получени от мозъка. Наука и технологии за околната среда.https://doi.org/10.1021/acs.est.5c04146