Мікропластик з «короною» з сироваткових білків порушує роботу нейронів та мікроглії

Вчені з DGIST (Південна Корея) показали, що коли мікропластик потрапляє в біологічне середовище (наприклад, кров), він швидко «обростає» білками, утворюючи так звану білкову корону. В експерименті такі «короновані» частинки спричинили значну реорганізацію протеому в нейронах і мікроглії: страждали синтез білка, обробка РНК, метаболізм ліпідів і транспорт між ядром і цитоплазмою; одночасно активувалися запальні сигнали. Висновок: мікропластик, пов'язаний з білками, може бути біологічно більш небезпечним, ніж «голі» частинки. Стаття опублікована в Environmental Science & Technology.

Передумови дослідження

• Мікро- та нанопластики (НЧ) вже виявлені в тканинах людини, зокрема в мозку. У 2024-2025 роках незалежні групи підтвердили наявність НЧ у печінці, нирках та мозку померлих людей і показали зростання їх концентрації з часом. Окреме дослідження виявило мікропластик у нюховій цибулині, що вказує на носовий «обхід» до ЦНС.
• Як частинки потрапляють у мозок. Окрім нюхового тракту, численні дослідження та огляди на тваринах вказують на можливість перетину мікронанопластиків через гематоенцефалічний бар'єр (ГЕБ) з подальшим нейрозапаленням та дисфункцією нервової тканини.
• «Білка корона» визначає біологічну ідентичність частинок. У біологічних середовищах поверхні наночастинок швидко покриваються адсорбованими білками (білка корона), і саме корона визначає, які рецептори «розпізнають» частинку, як вона розподіляється між органами та наскільки вона токсична. Це добре описано в нанотоксикології та все частіше переноситься на мікро-/нанопластики.
• Що було відомо про нейротоксичність досі. Експерименти та огляди in vivo пов'язують вплив наночастинок (МНЧ) зі збільшенням проникності гематоенцефалічного бар'єру (ГЕБ), активацією мікроглії, оксидативним стресом та когнітивними порушеннями; однак, механістичні дані на рівні протеому, зокрема в нейронах та мікроглії людини, були обмежені.
• Яку «прогалину» заповнює нова стаття з журналу Environmental Science & Technology? Автори вперше систематично порівняли вплив мікропластику, «увінчаного» білками сироватки крові, та «оголених» частинок на протеом нейронів та мікроглії, показавши, що саме корона посилює несприятливі зрушення у фундаментальних клітинних процесах. Це наближає екологічну проблему НЧ до конкретних молекулярних механізмів ризику для мозку.
• Чому це важливо для оцінки ризику? Лабораторні випробування токсичності пластику без урахування корони можуть недооцінити небезпеку; правильніше моделювати вплив частинок у присутності білків (кров, спинномозкова рідина), що вже рекомендується в оглядових статтях.

Що саме вони зробили?

• У лабораторії мікропластик інкубували в сироватці крові миші для формування білкової «коронки» на поверхні частинок, потім частинки піддавали впливу клітин мозку: культивованих нейронів (миша) та мікроглії (лінія людини). Після впливу протеом клітин досліджували за допомогою мас-спектрометрії.
• Для порівняння також було оцінено вплив «оголеного» мікропластику (без коронки). Це дозволило визначити, яка частка токсичного сигналу приноситься білковою оболонкою на частинку.

Ключові результати

• Білкова корона змінює «індивідуальність» пластику. Як і очікується законами нанотоксикології, мікрочастинки адсорбують гетерогенний шар білків у сироватці крові. Такі комплекси спричиняли набагато вираженіші зміни експресії білків у клітинах мозку, ніж «голі» частинки.
• Вражаючи основні процеси клітини. З «коронованим» мікропластиком компоненти механізму трансляції та обробки РНК були зменшені, шляхи метаболізму ліпідів були зміщені, а нуклеоцитоплазматичний транспорт був порушений – тобто, постраждали «фундаментальні» функції виживання та пластичності нервової клітини.
• Вмикання запалення та розпізнавання. Автори описали активацію запальних програм та шляхів розпізнавання клітинних частинок, що може сприяти накопиченню мікропластику в мозку та хронічному подразненню імунних клітин мозку.

Чому це важливо?

• У реальному житті мікро- та нанопластики майже ніколи не бувають «голими»: вони одразу покриваються білками, ліпідами та іншими молекулами навколишнього середовища — короною, яка визначає, як частинка взаємодіє з клітинами, чи проходить вона гематоенцефалічний бар'єр і які рецептори її «бачать». Нова робота безпосередньо показує, що саме корона може посилювати нейротоксичний потенціал.
• Контекст посилює тривогу: незалежні дослідження виявили мікропластик у нюховій цибулині людини та навіть підвищений його рівень у мозку померлих людей; в оглядах обговорюються шляхи проникнення гематоенцефалічного бар'єру (ГЕБ), оксидативний стрес та нейрозапалення.

Як це співвідноситься з попередніми даними?

• Вже давно описано, що для наночастинок склад корони визначає «біологічну ідентичність» та захоплення макрофагами/мікроглією; аналогічний масив даних збирається для мікропластику, включаючи роботи про вплив корони з шлунково-кишкового тракту/сироватки крові на клітинне захоплення. Нова стаття є одним з перших детальних протеомних аналізів, проведених саме в клітинах мозку.

Обмеження

• Це клітинна модель in vitro: вона показує механізми, але не дає прямої відповіді на питання про дозу, тривалість та оборотність ефектів в організмі.
• Були використані специфічні типи частинок та білкової корони; у реальному середовищі склад корони змінюється (кров, спинномозкова рідина, респіраторний слиз тощо), а разом з цим змінюються і біологічні ефекти. Потрібні моделі на тваринах та біомоніторинг у людей.

Що це може означати для оцінки ризиків та політики

• Системи випробувань на токсичність пластику повинні включати стадію «коронного розряду» у відповідних біологічних рідинах (кров, спинномозкова рідина), інакше ми недооцінюємо ризик.
• Для регуляторів та промисловості це аргумент на користь зменшення викидів мікропластику, прискорення розробки матеріалів з нижчою спорідненістю до білкових корон та інвестицій у моніторинг пластику в продуктах харчування, повітрі та воді. В оглядах підкреслюється, що стандартизація вимірювань та облік корони є негайними пріоритетами.

Що читач має зробити сьогодні

• Зменште контакт із джерелами мікропластику: обирайте фільтровану водопровідну воду замість бутильованої, по можливості уникайте нагрівання їжі у пластиці, періть синтетичні речі на низьких циклах/з мікрофібровими фільтрами. (Ці поради не взяті зі статті, а відповідають поточним оглядам ризиків.)

Джерело: Ашім Дж. та ін. Білково-мікропластичні коронаційні комплекси запускають зміни протеому в нейрональних та гліальних клітинах мозку. Екологічна наука та технології.https://doi.org/10.1021/acs.est.5c04146