Microplasticele cu o „coroană” de proteine din zer perturbă activitatea neuronilor și microgliei

Oamenii de știință de la DGIST (Coreea de Sud) au demonstrat că atunci când microplasticele pătrund în medii biologice (de exemplu, sânge), acestea devin rapid „coroană” de proteine, formând așa-numita coroană proteică. În cadrul experimentului, astfel de particule „încoronate” au provocat o reorganizare semnificativă a proteomului în neuroni și microglie: sinteza proteinelor, procesarea ARN-ului, metabolismul lipidic și transportul între nucleu și citoplasmă au avut de suferit; semnalele inflamatorii au fost activate simultan. Concluzie: microplasticele asociate cu proteinele pot fi mai periculoase din punct de vedere biologic decât particulele „nude”. Articolul a fost publicat în Environmental Science & Technology.

Contextul studiului

• Micro- și nanoplasticele (NPM) se găsesc deja în țesuturile umane, inclusiv în creier. În perioada 2024-2025, grupuri independente au confirmat prezența NPM în ficatul, rinichii și creierul persoanelor decedate și au arătat concentrații crescânde în timp. Un studiu separat a descoperit microplastice în bulbul olfactiv, indicând un „bypass” nazal către SNC.
• Cum pătrund particulele în creier. Pe lângă tractul olfactiv, numeroase studii și analize pe animale indică posibilitatea ca micro-nanoplastele să traverseze bariera hematoencefalică (BHE), cu neuroinflamație și disfuncții ulterioare ale țesutului nervos.
• „Corona proteică” determină identitatea biologică a particulelor. În mediile biologice, suprafețele nanoparticulelor sunt rapid acoperite cu proteine adsorbite (corona proteică), iar corona este cea care determină ce receptori „recunosc” particula, cum este distribuită între organe și cât de toxică este. Acest lucru este bine descris în nanotoxicologie și este transferat din ce în ce mai mult la micro-/nanoplastice.
• Ce se știa despre neurotoxicitate până acum. Experimentele și recenziile in vivo au asociat expunerea la nanoparticulele neuronale (MNP) cu creșterea permeabilității BHE, activarea microgliei, stresul oxidativ și afectarea cognitivă; cu toate acestea, datele mecanistice la nivel proteomic, în special în neuronii și microglia umană, au fost limitate.
• Ce fel de „gaură” umple o nouă lucrare din Environmental Science & Technology? Autorii au comparat sistematic, pentru prima dată, efectele microplasticelor „încoronate” cu proteine serice versus particulele „nude” asupra proteomului neuronilor și microgliei, arătând că tocmai corona este cea care amplifică schimbările nefavorabile ale proceselor celulare fundamentale. Acest lucru apropie problema de mediu a nanoparticulelor neuronale (MNP) de mecanisme moleculare specifice de risc pentru creier.
• De ce este important acest lucru pentru evaluarea riscurilor? Testele de laborator privind toxicitatea plasticului, fără a lua în considerare coronavirusul, pot subestima pericolul; este mai corect să se modeleze impactul particulelor în prezența proteinelor (sânge, lichid cefalorahidian), ceea ce este deja recomandat de lucrările de sinteză.

Ce au făcut mai exact?

• În laborator, microplasticele au fost incubate în ser de șoarece pentru a forma o „coroană” proteică pe suprafața particulelor, apoi particulele au fost expuse la celulele creierului: neuroni cultivați (șoarece) și microglie (linie umană). După expunere, proteomul celulelor a fost examinat folosind spectrometria de masă.
• Pentru comparație, a fost evaluat și efectul microplasticului „gol” (fără coroană). Acest lucru a permis determinarea proporției semnalului toxic adus de învelișul proteic asupra particulei.

Rezultate cheie

• Corona proteică modifică „personalitatea” plasticului. Așa cum este de așteptat conform legilor nanotoxicologiei, microparticulele adsorb un strat eterogen de proteine în ser. Astfel de complexe au provocat modificări mult mai pronunțate ale expresiei proteinelor în celulele creierului decât particulele „nude”.
• Atacarea proceselor de bază ale celulei. Cu microplasticele „încoronate”, componentele mecanismului de translație și procesare a ARN-ului au fost reduse, căile metabolismului lipidic au fost deplasate, iar transportul nucleocitoplasmatic a fost perturbat - adică, funcțiile „fundamentale” de supraviețuire și plasticitate ale celulei nervoase au avut de suferit.
• Activarea inflamației și a recunoașterii. Autorii au descris activarea programelor inflamatorii și a căilor de recunoaștere a particulelor celulare, care pot contribui la acumularea de microplastice în creier și la iritația cronică a celulelor imune ale creierului.

De ce este important acest lucru?

• În viața reală, micro- și nanoplasticele nu sunt aproape niciodată „goale”: sunt imediat acoperite cu proteine, lipide și alte molecule de mediu - o coroană care determină modul în care particula interacționează cu celulele, dacă trece de bariera hematoencefalică și ce receptori o „văd”. Noua lucrare arată în mod direct că tocmai corona este cea care poate spori potențialul neurotoxic.
• Contextul sporește alarma: studii independente au descoperit microplastice în bulbul olfactiv uman și chiar niveluri crescute în creierul persoanelor decedate; recenziile discută despre căile de penetrare a BHE, stresul oxidativ și neuroinflamația.

Cum se compară acest lucru cu datele anterioare?

• De mult timp s-a descris că, în cazul nanoparticulelor, compoziția coroanei dictează „identitatea biologică” și captarea de către macrofage/microglie; o serie similară de date este colectată și pentru microplastice, inclusiv lucrări privind efectul coroanei din tractul gastrointestinal/ser asupra captării celulare. Noul articol este una dintre primele analize proteomice detaliate specifice celulelor creierului.

Restricții

• Acesta este un model celular in vitro: prezintă mecanismele, dar nu răspunde direct la întrebări despre doză, durata și reversibilitatea efectelor în organism.
• Au fost utilizate tipuri specifice de particule și coroane proteice; într-un mediu real, compoziția coroanei se modifică (sânge, lichid cefalorahidian, mucus respirator etc.) și, odată cu aceasta, efectele biologice. Sunt necesare modele animale și biomonitorizare la om.

Ce ar putea însemna acest lucru pentru evaluarea riscurilor și politici

• Sistemele de testare a toxicității plasticului trebuie să includă o etapă „corona” în biofluidele relevante (sânge, lichid cefalorahidian), altfel subestimăm riscul.
• Pentru autoritățile de reglementare și industrie, acesta este un argument pentru reducerea emisiilor de microplastice, accelerarea dezvoltării materialelor cu afinitate mai mică pentru proteinele coroană și investiții în monitorizarea materialelor plastice din alimente, aer și apă. Studiile subliniază faptul că standardizarea măsurătorilor și contabilizarea coronavirusului sunt priorități imediate.

Ce ar trebui să facă cititorul astăzi

• Reduceți contactul cu sursele de microplastice: alegeți apa de la robinet filtrată în locul apei îmbuteliate, evitați încălzirea alimentelor în plastic, dacă este posibil, spălați articolele sintetice la cicluri cu temperatură joasă/cu filtre din microfibră. (Aceste sfaturi nu sunt preluate din articol, dar sunt în concordanță cu recenziile actuale privind riscurile.)

Sursa: Ashim J. și colab. Complexele de încoronare microplastice proteice declanșează modificări ale proteomului în celulele neuronale și gliale derivate din creier. Știința și tehnologia mediului.https://doi.org/10.1021/acs.est.5c04146