Polistyrenowe nanoplastiki a mitochondria neuronów – mechanizm neurotoksyczności odkryty przez naukowców z Dublina

Naukowcy z Trinity College w Dublinie odkryli, w jaki sposób nanoplastiki – cząstki jeszcze mniejsze niż mikroplastiki – zakłócają metabolizm energetyczny w komórkach mózgowych. Wyniki tych badań mogą mieć znaczenie dla lepszego zrozumienia chorób neurodegeneracyjnych, charakteryzujących się postępującym pogorszeniem funkcji neurologicznych i mózgowych, a nawet rzucić nowe światło na problemy związane z uczeniem się i pamięcią.

Badanie, prowadzone przez dr. Gavina Daveya oraz studenta Devina Sewarda z Trinity’s School of Biochemistry and Immunology, ujawniło specyficzny mechanizm, poprzez który te mikroskopijne nanoplastiki mogą zakłócać produkcję energii w mózgu w modelu zwierzęcym. Wyniki, opublikowane niedawno w Journal of Hazardous Materials: Plastics, dostarczają nowych informacji na temat potencjalnych zagrożeń zdrowotnych wynikających z obecności plastiku w środowisku.

Polistyrenowe nanoplastiki (PS-NPs) powstają w wyniku rozpadu większych kawałków plastiku w środowisku. Cząstki te zostały wykryte w wielu narządach ludzkiego ciała, w tym w mózgu, co wzbudza coraz większe obawy dotyczące ich możliwej roli w chorobach neurologicznych.

Zespół z Trinity skoncentrował się na mitochondriach, czyli „elektrowniach” komórkowych, kluczowych dla wytwarzania energii potrzebnej do prawidłowego funkcjonowania mózgu. Dysfunkcja mitochondriów jest dobrze znaną cechą chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona i choroba Alzheimera, a także procesu starzenia.

Izolując mitochondria z komórek mózgowych, badacze wykazali, że ekspozycja na PS-NPs specyficznie zakłóca tzw. „łańcuch transportu elektronów” – zestaw kompleksów białkowych współpracujących w celu generowania energii komórkowej w postaci ATP. Choć pojedyncze kompleksy mitochondrialne I i II nie były bezpośrednio uszkadzane, transfer elektronów między kompleksami I–III i II–III, jak również aktywność kompleksu IV, były znacząco hamowane.

Co istotne, choć niektóre stężenia PS-NPs użyte w badaniach były wyższe niż obecnie szacowane narażenie człowieka, naukowcy stwierdzili, że transfer elektronów między kompleksami I–III oraz II–III był silnie hamowany także przy dużo niższych stężeniach. Sugeruje to, że ekspozycja środowiskowa, nawet na poziomach uważanych za realistyczne, może upośledzać funkcje bioenergetyczne w dłuższej perspektywie.

Podobne efekty zaobserwowano w mitochondriach synaptycznych, które są kluczowe dla komunikacji między komórkami nerwowymi. Oznacza to, że nanoplastiki mogą zakłócać także plastyczność synaptyczną – proces fundamentalny dla uczenia się i pamięci.

Dr Gavin Davey z Trinity Biomedical Sciences Institute skomentował: „Co istotne, wzrost produkcji syntetycznych plastików w połowie XX wieku zbiegł się ze zwiększoną globalną ekspozycją na nanoplastiki. Odkryty przez nas mechanizm mitochondrialny neurotoksyczności nanoplastików może zatem pomóc wyjaśnić, dlaczego wskaźniki chorób neurodegeneracyjnych wzrosły w ostatnich dekadach, prawdopodobnie dodając czynnik środowiskowy do znanych genetycznych i związanych ze stylem życia czynników ryzyka”.

„Nasze wyniki pokazują wyraźny mechanizm mitochondrialny, poprzez który nanoplastiki mogą zaburzać metabolizm energetyczny mózgu. To może mieć poważne implikacje dla zrozumienia, w jaki sposób zanieczyszczenia środowiskowe przyczyniają się do chorób neurologicznych i starzenia się”.

Projekt został pierwotnie zaproponowany przez Devina w 2023 roku, podczas jego studiów na kierunku neurobiologia. Dzięki wsparciu Laidlaw Foundation w ramach programu Laidlaw Undergraduate Research and Leadership scholarship, Devin przeprowadził badania w laboratorium dr. Daveya w School of Biochemistry and Immunology.

„Wymyślenie tego projektu i możliwość jego realizacji w laboratorium dr. Daveya przy wsparciu Laidlaw Foundation było niesamowitym doświadczeniem” – powiedział Devin. – „Dało mi to szansę na wniesienie wkładu w ważne badania nad zdrowiem środowiskowym już na wczesnym etapie kariery, a publikacja naszych wyników jest niezwykle satysfakcjonująca”.

Badanie podkreśla pilną potrzebę lepszego zrozumienia konsekwencji zdrowotnych zanieczyszczenia plastikiem, a także zwraca uwagę na wpływ badań prowadzonych przez studentów dzięki wsparciu Laidlaw Foundation w Trinity.

Źródło: Journal of Hazardous Materials: Plastics, Mitochondrial dysfunction in brain cells induced by polystyrene nanoplastics
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.hazmp.2025.100003