Microplastics met een 'kroon' van wei-eiwitten verstoren het werk van neuronen en microglia

Wetenschappers van DGIST (Zuid-Korea) hebben aangetoond dat microplastics, wanneer ze in een biologische omgeving terechtkomen (bijvoorbeeld bloed), snel "overwoekerd" raken met eiwitten en zo de zogenaamde eiwitcorona vormen. In het experiment veroorzaakten dergelijke "gekroonde" deeltjes een significante reorganisatie van het proteoom in neuronen en microglia: eiwitsynthese, RNA-verwerking, lipidenmetabolisme en transport tussen de celkern en het cytoplasma leden eronder; ontstekingssignalen werden gelijktijdig geactiveerd. Conclusie: microplastics geassocieerd met eiwitten zijn mogelijk biologisch gevaarlijker dan "naakte" deeltjes. Het artikel werd gepubliceerd in Environmental Science & Technology.

Achtergrond van de studie

• Micro- en nanoplastics (MNP's) worden al aangetroffen in menselijk weefsel, waaronder de hersenen. In 2024-2025 bevestigden onafhankelijke groepen de aanwezigheid van MNP's in de lever, nieren en hersenen van overledenen, en toonden toenemende concentraties in de loop van de tijd. Een aparte studie vond microplastics in de bulbus olfactorius, wat wijst op een nasale "bypass" naar het centrale zenuwstelsel.
• Hoe deeltjes de hersenen binnendringen. Naast het reukorgaan wijzen talloze dierstudies en reviews op de mogelijkheid dat micronanoplastics de bloed-hersenbarrière (BBB) passeren, met daaropvolgende neuro-ontsteking en disfunctie van het zenuwweefsel.
• De "eiwitcorona" bepaalt de biologische identiteit van de deeltjes. In biologische omgevingen worden de oppervlakken van nanodeeltjes snel bedekt met geadsorbeerde eiwitten (eiwitcorona), en het is de corona die bepaalt welke receptoren het deeltje "herkennen", hoe het zich over organen verspreidt en hoe toxisch het is. Dit is goed beschreven in de nanotoxicologie en wordt steeds vaker toegepast op micro-/nanoplastics.
• Wat was er tot nu toe bekend over neurotoxiciteit? In vivo-experimenten en -onderzoeken hebben blootstelling aan MNP in verband gebracht met een verhoogde permeabiliteit van de BBB, activering van microglia, oxidatieve stress en cognitieve stoornissen; mechanistische gegevens op proteoomniveau, specifiek in menselijke neuronen en microglia, zijn echter beperkt.
• Welk "gat" vult een nieuw artikel van Environmental Science & Technology? De auteurs vergeleken systematisch de effecten van microplastics, "bekroond" met serumeiwitten, met "naakte" deeltjes op het proteoom van neuronen en microglia. Dit toont aan dat het juist de corona is die ongunstige verschuivingen in fundamentele cellulaire processen versterkt. Dit brengt het milieuprobleem van MNP dichter bij specifieke moleculaire risicomechanismen voor de hersenen.
• Waarom is dit belangrijk voor de risicobeoordeling? Laboratoriumtests op de toxiciteit van plastic zonder rekening te houden met corona kunnen het gevaar onderschatten; het is correcter om de impact van deeltjes te modelleren in de aanwezigheid van eiwitten (bloed, hersenvocht), wat al wordt aanbevolen in overzichtsartikelen.

Wat deden ze precies?

• In het laboratorium werden microplastics geïncubeerd in muizenserum om een eiwitkroon te vormen op het oppervlak van de deeltjes. Vervolgens werden de deeltjes blootgesteld aan hersencellen: gekweekte neuronen (muis) en microglia (menselijke lijn). Na blootstelling werd het proteoom van de cellen onderzocht met behulp van massaspectrometrie.
• Ter vergelijking werd ook het effect van 'naakt' microplastic (zonder kroon) beoordeeld. Dit maakte het mogelijk om te bepalen welk deel van het toxische signaal door het eiwitomhulsel op het deeltje wordt overgebracht.

Belangrijkste resultaten

• De proteïnecorona verandert de "persoonlijkheid" van het plastic. Zoals verwacht door de wetten van de nanotoxicologie, adsorberen de microdeeltjes een heterogene laag proteïnen in het serum. Zulke complexen veroorzaakten veel sterkere verschuivingen in de proteïne-expressie in hersencellen dan "naakte" deeltjes.
• De basisprocessen van de cel worden aangetast. Met "gekroonde" microplastics werden componenten van de RNA-translatie- en verwerkingsmachinerie verminderd, werden lipidemetabolismepaden verschoven en werd nucleocytoplasmatisch transport verstoord - dat wil zeggen, de "fundamentele" functies van overleving en plasticiteit van de zenuwcel werden aangetast.
• Inschakelen van ontsteking en herkenning. De auteurs beschreven de activering van ontstekingsprogramma's en herkenningsroutes voor celdeeltjes, die mogelijk bijdragen aan de ophoping van microplastics in de hersenen en chronische irritatie van de immuuncellen in de hersenen.

Waarom is dit belangrijk?

• In het echte leven zijn micro- en nanoplastics vrijwel nooit 'naakt': ze zijn direct bedekt met eiwitten, lipiden en andere omgevingsmoleculen – een corona die bepaalt hoe het deeltje interageert met cellen, of het de bloed-hersenbarrière passeert en welke receptoren het 'zien'. Het nieuwe onderzoek toont direct aan dat het juist de corona is die het neurotoxische potentieel kan versterken.
• De context versterkt de bezorgdheid: onafhankelijke onderzoeken hebben microplastics aangetroffen in de menselijke reukbol en zelfs verhoogde niveaus in de hersenen van overleden personen. In reviews wordt gesproken over BBB-penetratiepaden, oxidatieve stress en neuro-ontsteking.

Hoe verhoudt dit zich tot eerdere gegevens?

• Voor nanodeeltjes is al lang bekend dat de samenstelling van de corona de "biologische identiteit" en de opname door macrofagen/microglia bepaalt; een vergelijkbare reeks gegevens wordt verzameld voor microplastics, waaronder onderzoek naar het effect van de corona uit het maag-darmkanaal/serum op cellulaire opname. Het nieuwe artikel is een van de eerste gedetailleerde proteomische analyses specifiek in hersencellen.

Beperkingen

• Dit is een in vitro celmodel: het laat de mechanismen zien, maar geeft geen direct antwoord op vragen over de dosis, de duur en de omkeerbaarheid van de effecten in het lichaam.
• Er werd gebruikgemaakt van specifieke soorten deeltjes en eiwitcorona's; in een echte omgeving verandert de samenstelling van de corona (bloed, hersenvocht, ademhalingsslijm, enz.), en daarmee ook de biologische effecten. Diermodellen en biomonitoring bij mensen zijn nodig.

Wat dit zou kunnen betekenen voor risicobeoordeling en beleid

• Testsystemen voor de toxiciteit van plastic moeten een ‘corona’-stadium bevatten in relevante biovloeistoffen (bloed, hersenvocht), anders onderschatten we het risico.
• Voor regelgevers en de industrie is dit een argument om de uitstoot van microplastics te verminderen, de ontwikkeling van materialen met een lagere affiniteit voor eiwitcorona's te versnellen en te investeren in het monitoren van plastics in voedsel, lucht en water. De reviews benadrukken dat standaardisatie van metingen en corona-accounting onmiddellijke prioriteiten zijn.

Wat de lezer vandaag moet doen

• Beperk contact met bronnen van microplastics: kies voor gefilterd kraanwater in plaats van flessenwater, vermijd indien mogelijk het verwarmen van voedsel in plastic, was synthetische stoffen op een lage temperatuur/met microvezelfilters. (Deze tips komen niet uit het artikel, maar zijn in lijn met actuele risicobeoordelingen.)

Bron: Ashim J. et al. Proteïne-microplastische coronatiecomplexen veroorzaken proteoomveranderingen in hersenafgeleide neuronale en gliacellen. Milieuwetenschappen en -technologie.https://doi.org/10.1021/acs.est.5c04146