Mikroplast med en "krone" av myseproteiner forstyrrer arbeidet til nevroner og mikroglia

Forskere fra DGIST (Sør-Korea) har vist at når mikroplast kommer inn i biologiske miljøer (for eksempel blod), blir de raskt «overgrodd» med proteiner og danner den såkalte proteinkoronaen. I eksperimentet forårsaket slike «kronede» partikler betydelig omorganisering av proteomet i nevroner og mikroglia: proteinsyntese, RNA-prosessering, lipidmetabolisme og transport mellom kjernen og cytoplasmaet ble påvirket; inflammatoriske signaler ble aktivert samtidig. Konklusjon: mikroplast assosiert med proteiner kan være mer biologisk farlig enn «nakne» partikler. Artikkelen ble publisert i Environmental Science & Technology.

Bakgrunn for studien

• Mikro- og nanoplast (MNP) finnes allerede i menneskelig vev, inkludert hjernen. I 2024–2025 bekreftet uavhengige grupper tilstedeværelsen av MNP i lever, nyrer og hjerne hos avdøde personer, og viste økende konsentrasjoner over tid. En separat studie fant mikroplast i luktelappen, noe som indikerer en nasal «bypass» til sentralnervesystemet.
• Hvordan partikler kommer inn i hjernen. I tillegg til luktekanalen indikerer en rekke dyrestudier og -oversikter muligheten for at mikronanoplaster krysser blod-hjerne-barrieren (BBB) med påfølgende nevroinflammasjon og dysfunksjon i nervevevet.
• «Proteinkoronaen» bestemmer partiklenes biologiske identitet. I biologiske miljøer blir overflatene til nanopartikler raskt dekket av adsorberte proteiner (proteinkorona), og det er koronaen som bestemmer hvilke reseptorer som «gjenkjenner» partikkelen, hvordan den er fordelt mellom organer og hvor giftig den er. Dette er godt beskrevet i nanotoksikologi og overføres i økende grad til mikro-/nanoplast.
• Hva som var kjent om nevrotoksisitet så langt. In vivo-eksperimenter og oversikter har knyttet MNP-eksponering til økt BBB-permeabilitet, mikrogliaaktivering, oksidativt stress og kognitiv svikt. Imidlertid har mekanistiske data på proteomnivå, spesielt i humane nevroner og mikroglia, vært begrensede.
• Hva slags «hull» fyller en ny artikkel fra Environmental Science & Technology? Forfatterne sammenlignet systematisk effektene av mikroplast «kronet» med serumproteiner kontra «nakne» partikler på proteomet til nevroner og mikroglia for første gang, og viser at det er koronaen som forsterker ugunstige endringer i grunnleggende cellulære prosesser. Dette bringer miljøproblemet med MNP nærmere spesifikke molekylære risikomekanismer for hjernen.
• Hvorfor er dette viktig for risikovurdering? Laboratorietester av plasttoksisitet uten å ta hensyn til korona kan undervurdere faren; det er mer korrekt å modellere virkningen av partikler i nærvær av proteiner (blod, cerebrospinalvæske), noe som allerede er anbefalt i oversiktsartikler.

Hva gjorde de egentlig?

• I laboratoriet ble mikroplast inkubert i museserum for å danne en protein-"krone" på overflaten av partiklene, deretter ble partiklene eksponert for hjerneceller: dyrkede nevroner (mus) og mikroglia (menneskelig linje). Etter eksponering ble cellenes proteom undersøkt ved hjelp av massespektrometri.
• Til sammenligning ble også effekten av «naken» mikroplast (uten krone) vurdert. Dette gjorde det mulig å bestemme hvilken andel av det giftige signalet som proteinskallet bringer på partikkelen.

Viktige resultater

• Proteinkoronaen endrer plastens «personlighet». Som forventet av nanotoksikologiens lover, adsorberer mikropartiklene et heterogent lag med proteiner i serumet. Slike komplekser forårsaket mye mer uttalte endringer i proteinuttrykk i hjerneceller enn «nakne» partikler.
• Treffer cellens grunnleggende prosesser. Med «kronet» mikroplast ble komponenter i RNA-translasjons- og prosesseringsmaskineriet redusert, lipidmetabolismeveiene ble forskjøvet, og nukleocytoplasmatisk transport ble forstyrret – det vil si at de «grunnleggende» funksjonene for overlevelse og plastisitet i nervecellen ble svekket.
• Å slå på betennelse og gjenkjenning. Forfatterne beskrev aktiveringen av betennelsesprogrammer og cellulære partikkelgjenkjenningsveier, noe som kan bidra til akkumulering av mikroplast i hjernen og kronisk irritasjon av hjernens immunceller.

Hvorfor er dette viktig?

• I virkeligheten er mikro- og nanoplast nesten aldri «nakne»: de er umiddelbart dekket av proteiner, lipider og andre miljømolekyler – en korona som bestemmer hvordan partikkelen samhandler med celler, om den passerer blod-hjerne-barrieren og hvilke reseptorer som «ser» den. Det nye arbeidet viser direkte at det er koronaen som kan forsterke det nevrotoksiske potensialet.
• Konteksten forsterker alarmen: uavhengige studier har funnet mikroplast i den menneskelige luktelappen og til og med økte nivåer i hjernen til avdøde personer; anmeldelser diskuterer penetrasjonsveier for BBB, oksidativt stress og nevroinflammasjon.

Hvordan er dette sammenlignet med tidligere data?

• Det har lenge vært beskrevet for nanopartikler at koronaens sammensetning dikterer den "biologiske identiteten" og fangsten av makrofager/mikroglia. Et lignende datasett samles inn for mikroplast, inkludert arbeider om effekten av koronaen fra mage-tarmkanalen/serum på cellulær fangst. Den nye artikkelen er en av de første detaljerte proteomiske analysene spesifikt i hjerneceller.

Restriksjoner

• Dette er en in vitro-cellemodell: den viser mekanismene, men svarer ikke direkte på spørsmål om dose, varighet og reversibilitet av effekter i kroppen.
• Spesifikke typer partikler og proteinkorona ble brukt; i et reelt miljø endres koronaens sammensetning (blod, cerebrospinalvæske, luftveisslim osv.), og med det de biologiske effektene. Dyremodeller og biomonitorering hos mennesker er nødvendig.

Hva dette kan bety for risikovurdering og politikk

• Systemer for testing av plasttoksisitet må inkludere et «korona»-stadium i relevante biovæsker (blod, cerebrospinalvæske), ellers undervurderer vi risikoen.
• For regulatorer og industri er dette et argument for å redusere utslipp av mikroplast, akselerere utviklingen av materialer med lavere affinitet for proteinkoronaer, og investere i overvåking av plast i mat, luft og vann. Gjennomgangene understreker at standardisering av målinger og koronaregnskap er umiddelbare prioriteringer.

Hva leseren bør gjøre i dag

• Reduser kontakt med kilder til mikroplast: velg filtrert vann fra springen fremfor flaskevann, unngå å varme opp mat i plast hvis mulig, vask syntetiske stoffer på lave sykluser/med mikrofiberfiltre. (Disse tipsene er ikke hentet fra artikkelen, men er i samsvar med gjeldende risikovurderinger.)

Kilde: Ashim J. et al. Proteinmikroplastiske kroningskomplekser utløser proteomendringer i hjerneavledede nevrale og gliaceller. Miljøvitenskap og teknologi.https://doi.org/10.1021/acs.est.5c04146