ไมโครพลาสติกที่มี "มงกุฎ" ของโปรตีนเวย์รบกวนการทำงานของเซลล์ประสาทและไมโครเกลีย

นักวิทยาศาสตร์จาก DGIST (เกาหลีใต้) ได้แสดงให้เห็นว่าเมื่อไมโครพลาสติกเข้าสู่สภาพแวดล้อมทางชีวภาพ (เช่น เลือด) พวกมันจะ “เติบโต” ไปด้วยโปรตีนอย่างรวดเร็ว จนก่อตัวเป็นสิ่งที่เรียกว่า “โปรตีนโคโรนา” ในการทดลอง อนุภาค “ที่มีมงกุฎ” เหล่านี้ทำให้เกิดการจัดเรียงตัวใหม่ของโปรตีโอมในเซลล์ประสาทและไมโครเกลียอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งส่งผลให้การสังเคราะห์โปรตีน การประมวลผลอาร์เอ็นเอ การเผาผลาญไขมัน และการขนส่งระหว่างนิวเคลียสและไซโทพลาสซึมได้รับผลกระทบ และสัญญาณการอักเสบก็ถูกกระตุ้นในเวลาเดียวกัน สรุป: ไมโครพลาสติกที่เกี่ยวข้องกับโปรตีนอาจเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตมากกว่าอนุภาค “เปล่า” บทความนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารEnvironmental Science & Technology

ความเป็นมาของการศึกษา

• ไมโครพลาสติกและนาโนพลาสติก (MNPs) พบในเนื้อเยื่อมนุษย์อยู่แล้ว รวมถึงสมองในปี พ.ศ. 2567-2568 กลุ่มวิจัยอิสระได้ยืนยันการมีอยู่ของ MNPs ในตับ ไต และสมองของผู้เสียชีวิต และพบว่ามีความเข้มข้นเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ การศึกษาอีกชิ้นหนึ่งพบไมโครพลาสติกในกระเปาะรับกลิ่น ซึ่งบ่งชี้ว่ามีการ "บายพาส" ทางจมูกไปยังระบบประสาทส่วนกลาง
• อนุภาคเข้าสู่สมองได้อย่างไรนอกจากทางเดินรับกลิ่นแล้ว การศึกษาและบทวิจารณ์ในสัตว์จำนวนมากยังชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่ไมโครนาโนพลาสติกจะผ่านทะลุแนวกั้นเลือดสมอง (BBB) ส่งผลให้เกิดการอักเสบของระบบประสาทและความผิดปกติของเนื้อเยื่อประสาทตามมา
• "โปรตีนโคโรนา" เป็นตัวกำหนดเอกลักษณ์ทางชีวภาพของอนุภาคในสภาพแวดล้อมทางชีวภาพ พื้นผิวของอนุภาคนาโนจะถูกปกคลุมด้วยโปรตีนที่ถูกดูดซับ (โปรตีนโคโรนา) อย่างรวดเร็ว และโคโรนาเป็นตัวกำหนดว่าตัวรับใดจะ "จดจำ" อนุภาคนั้น การกระจายตัวของอนุภาคไปยังอวัยวะต่างๆ และความเป็นพิษของอนุภาค เรื่องนี้ได้รับการอธิบายไว้อย่างชัดเจนในวิทยาการนาโนพิษวิทยา และกำลังถูกถ่ายโอนไปยังไมโครพลาสติก/นาโนพลาสติกเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ
• สิ่งที่ทราบเกี่ยวกับความเป็นพิษต่อระบบประสาทจนถึงปัจจุบันการทดลองและการทบทวนในร่างกายได้เชื่อมโยงการสัมผัสกับ MNP กับความสามารถในการซึมผ่านของ BBB ที่เพิ่มขึ้น การกระตุ้นไมโครเกลีย ความเครียดออกซิเดชัน และความบกพร่องทางสติปัญญา อย่างไรก็ตาม ข้อมูลเชิงกลไกในระดับโปรตีโอม โดยเฉพาะในเซลล์ประสาทและไมโครเกลียของมนุษย์ยังมีจำกัด
• บทความใหม่จาก Environmental Science & Technology เติม “หลุม” แบบไหน? ผู้เขียนได้เปรียบเทียบผลกระทบของไมโครพลาสติกที่ “สวมมงกุฎ” ด้วยโปรตีนในซีรัมกับอนุภาค “เปลือย” ต่อโปรตีโอมของเซลล์ประสาทและไมโครเกลียอย่างเป็นระบบเป็นครั้งแรก ซึ่งแสดงให้เห็นว่าโคโรนาเป็นตัวเร่งให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ไม่พึงประสงค์ในกระบวนการพื้นฐานของเซลล์ ซึ่งทำให้ปัญหาสิ่งแวดล้อมของ MNP เข้าใกล้กลไกเฉพาะของโมเลกุลที่ก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสมองมากขึ้น
• เหตุใดสิ่งนี้จึงสำคัญต่อการประเมินความเสี่ยงการทดลองในห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับความเป็นพิษของพลาสติกโดยไม่คำนึงถึงเชื้อโคโรนาอาจทำให้ประเมินอันตรายต่ำเกินไป การจำลองผลกระทบของอนุภาคเมื่อมีโปรตีน (เลือด น้ำไขสันหลัง) จะถูกต้องกว่า ซึ่งบทความวิจัยต่างๆ แนะนำให้ทำไว้แล้ว

พวกเขาทำอะไรกันแน่?

• ในห้องปฏิบัติการ ไมโครพลาสติกถูกบ่มเพาะในซีรัมของหนูเพื่อสร้าง “มงกุฎ” โปรตีนบนพื้นผิวของอนุภาค จากนั้นอนุภาคจะถูกนำไปสัมผัสกับเซลล์สมอง ได้แก่ เซลล์ประสาทที่เพาะเลี้ยง (หนู) และเซลล์ไมโครเกลีย (สายพันธุ์มนุษย์) หลังจากสัมผัสแล้ว โปรตีโอมของเซลล์จะถูกตรวจสอบโดยใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์
• เพื่อการเปรียบเทียบ ได้มีการประเมินผลกระทบของไมโครพลาสติกแบบ "เปลือย" (ไม่มีครอบฟัน) ด้วย ซึ่งทำให้สามารถระบุสัดส่วนของสัญญาณพิษที่เปลือกโปรตีนส่งไปยังอนุภาคได้

ผลลัพธ์ที่สำคัญ

• โปรตีนโคโรนาเปลี่ยน “ลักษณะ” ของพลาสติก ตามกฎของนาโนพิษวิทยา อนุภาคขนาดเล็กจะดูดซับชั้นโปรตีนที่มีลักษณะแตกต่างกันในซีรัม สารประกอบเชิงซ้อนเหล่านี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการแสดงออกของโปรตีนในเซลล์สมองอย่างชัดเจนมากกว่าอนุภาค “เปล่า”
• ส่งผลกระทบต่อกระบวนการพื้นฐานของเซลล์ เมื่อมีไมโครพลาสติก "ครอบฟัน" ส่วนประกอบของกลไกการแปลและประมวลผลอาร์เอ็นเอลดลง วิถีเมแทบอลิซึมของไขมันถูกเปลี่ยนแปลง และการขนส่งนิวคลีโอไซโทพลาสซึมถูกขัดขวาง กล่าวคือ หน้าที่ "พื้นฐาน" ของการอยู่รอดและความยืดหยุ่นของเซลล์ประสาทได้รับผลกระทบ
• การเปิดสวิตช์การอักเสบและการจดจำ ผู้เขียนได้อธิบายถึงการกระตุ้นโปรแกรมการอักเสบและเส้นทางการจดจำอนุภาคในเซลล์ ซึ่งอาจนำไปสู่การสะสมของไมโครพลาสติกในสมองและการระคายเคืองเรื้อรังของเซลล์ภูมิคุ้มกันในสมอง

เหตุใดสิ่งนี้จึงสำคัญ?

• ในชีวิตจริง ไมโครพลาสติกและนาโนพลาสติกแทบจะไม่เคย “เปลือยเปล่า” เลย พวกมันถูกปกคลุมไปด้วยโปรตีน ไขมัน และโมเลกุลสิ่งแวดล้อมอื่นๆ ทันที เปรียบเสมือนโคโรนาที่กำหนดว่าอนุภาคจะมีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์อย่างไร ผ่านด่านกั้นเลือดสมองหรือไม่ และตัวรับใด “มองเห็น” มัน งานวิจัยใหม่นี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าโคโรนาคือตัวที่สามารถเพิ่มศักยภาพของสารพิษต่อระบบประสาทได้
• บริบทยิ่งทำให้ตกใจมากขึ้น: การศึกษาอิสระพบไมโครพลาสติกในหลอดรับกลิ่นของมนุษย์และแม้แต่ระดับที่เพิ่มขึ้นในสมองของผู้เสียชีวิต บทวิจารณ์กล่าวถึงเส้นทางการแทรกซึมของ BBB ความเครียดออกซิเดชัน และการอักเสบของระบบประสาท

เมื่อเปรียบเทียบกับข้อมูลก่อนหน้านี้แล้วเป็นอย่างไรบ้าง?

• มีการอธิบายมานานแล้วสำหรับอนุภาคนาโนว่าองค์ประกอบของโคโรนาเป็นตัวกำหนด "อัตลักษณ์ทางชีวภาพ" และการจับยึดโดยแมคโครฟาจ/ไมโครเกลีย ขณะเดียวกันก็มีการรวบรวมข้อมูลที่คล้ายกันสำหรับไมโครพลาสติก ซึ่งรวมถึงงานวิจัยเกี่ยวกับผลของโคโรนาจากทางเดินอาหาร/ซีรัมต่อการจับยึดของเซลล์ บทความใหม่นี้เป็นหนึ่งในการวิเคราะห์โปรตีโอมิกส์โดยละเอียดครั้งแรกๆ โดยเฉพาะในเซลล์สมอง

ข้อจำกัด

• นี่คือแบบจำลองเซลล์ในหลอดทดลอง ซึ่งแสดงให้เห็นกลไกต่างๆ แต่ไม่ได้ตอบคำถามเกี่ยวกับขนาดยา ระยะเวลา และการย้อนกลับของผลกระทบในร่างกายโดยตรง
• มีการใช้อนุภาคและโปรตีนโคโรนาชนิดเฉพาะ ในสภาพแวดล้อมจริง องค์ประกอบของโคโรนาจะเปลี่ยนแปลงไป (เช่น เลือด น้ำไขสันหลัง เมือกทางเดินหายใจ ฯลฯ) และผลกระทบทางชีวภาพก็เปลี่ยนแปลงไปด้วย จำเป็นต้องมีแบบจำลองสัตว์และการตรวจติดตามทางชีวภาพในมนุษย์

สิ่งนี้อาจหมายถึงอะไรสำหรับการประเมินความเสี่ยงและนโยบาย

• ระบบทดสอบความเป็นพิษของพลาสติกจะต้องมีระยะ "โคโรนา" ในของเหลวชีวภาพที่เกี่ยวข้อง (เลือด น้ำไขสันหลัง) มิฉะนั้น เราจะประเมินความเสี่ยงต่ำเกินไป
• สำหรับหน่วยงานกำกับดูแลและภาคอุตสาหกรรม นี่คือข้อโต้แย้งในการลดการปล่อยไมโครพลาสติก เร่งการพัฒนาวัสดุที่มีความสัมพันธ์กับโปรตีนโคโรนาต่ำ และลงทุนในการตรวจสอบพลาสติกในอาหาร อากาศ และน้ำ บทวิจารณ์เหล่านี้เน้นย้ำว่าการกำหนดมาตรฐานการวัดและการบัญชีโคโรนาเป็นสิ่งสำคัญเร่งด่วน

สิ่งที่ผู้อ่านควรทำในวันนี้

• ลดการสัมผัสกับแหล่งกำเนิดไมโครพลาสติก: เลือกใช้น้ำประปาที่ผ่านการกรองแทนน้ำขวด หลีกเลี่ยงการอุ่นอาหารในภาชนะพลาสติกหากเป็นไปได้ ซักเสื้อผ้าสังเคราะห์ด้วยรอบต่ำ/ด้วยไส้กรองไมโครไฟเบอร์ (เคล็ดลับเหล่านี้ไม่ได้มาจากบทความ แต่สอดคล้องกับการประเมินความเสี่ยงในปัจจุบัน)

ที่มา: Ashim J. et al. โปรตีนไมโครพลาสติกโคโรเนชั่นคอมเพล็กซ์กระตุ้นการเปลี่ยนแปลงของโปรตีโอมในเซลล์ประสาทและเซลล์เกลียที่มาจากสมอง. วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมและเทคโนโลยี.https://doi.org/10.1021/acs.est.5c04146